【摘 要】
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能耗是嵌入式软件的关键质量属性。特别在电量受限的执行环境中,降低嵌入式软件的能耗具有更为重要的价值和意义。近年来已涌现出一些GCC编译时能耗优化工作。它们通过搜寻GCC编译器一组最佳编译选项对嵌入式软件源代码进行编译,以达到优化能耗的目的。然而,已有方法在优化过程中大多未捕获多个编译选项在能耗上的潜在影响,同时也较少考虑能耗评估耗时长的特性,进而导致了解质量不高且搜索效率低的问题。针对一问题,本文
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能耗是嵌入式软件的关键质量属性。特别在电量受限的执行环境中,降低嵌入式软件的能耗具有更为重要的价值和意义。近年来已涌现出一些GCC编译时能耗优化工作。它们通过搜寻GCC编译器一组最佳编译选项对嵌入式软件源代码进行编译,以达到优化能耗的目的。然而,已有方法在优化过程中大多未捕获多个编译选项在能耗上的潜在影响,同时也较少考虑能耗评估耗时长的特性,进而导致了解质量不高且搜索效率低的问题。针对一问题,本文研究并提出一种基于频繁模式挖掘和代理模型的GCC编译时能耗演化优化方法FACET。本文的主要工作内容如下:（1）提出了一种带能耗改进标注的频繁编译选项模式挖掘方法。该方法将能耗改进标注引入到编译选项事务表中,并进一步扩展传统的频繁模式树构建算法和挖掘算法,进而以带能耗改进标注的频繁模式集的形式有效地捕获一组出现频度高且能耗改进幅度大的编译选项。（2）提出了一种基于精度自适应代理模型的能耗评估方法。该方法在充分考虑优化过程中代理模型的构建、测试、使用和更新等环节的基础上,设计了四种有助于提升精度和时间增益的策略并进一步定义了组合使用这些策略的过程。该方法可在优化过程中保持代理模型具有较高精度的同时,能有效降低能耗评估时间。（3）设计了GCC编译时能耗演化优化算法。以带能耗改进标注的频繁编译选项模式集为启发式信息,定义了“增加”和“删除”两种变异操作。并进一步使用本文提出的能耗评估方法计算个体适应度值,进而可有效地提高解质量和收敛速度。（4）研发了GCC编译时能耗演化优化框架。该框架将本文提出的挖掘算法、能耗评过程及优化算法等成果在eclipse平台下有机集成起来,并通过灵活的配置方便用户使用。（5）开展了案例研究。将本文FACET方法与当前取得较好优化效果的Tree EDA算法在5个不同领域的8个嵌入式软件进行了实验对比。结果表明:FACET方法的解质量、收敛速度和最优解中编译选项的多元相关性等在统计意义上均显著优于Tree EDA算法;而引入的代理模型在统计意义上对解质量的无显著影响,并且在演化过程中保持了较高精度的同时,与实际能耗评估相比也获取了较大的时间增益。
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