随着集成电路设计技术与制造工艺的不断提升,以片上系统为核心的嵌入式系统的处理能力出现了飞跃式的发展,与此同时,能耗问题成为制约嵌入式系统发展的重要瓶颈之一。研究表明,存储子系统是片上系统的主要能耗来源,如何有效降低存储子系统能耗成为降低整个片上系统能耗的关键,包含有片上存储器SPM的存储子系统层次体系结构的出现成为降低存储系统能耗的有效手段。本文以SPM对存储子系统的能耗影响为核心,着重研究基于SPM的寄存器分配算法抛出管理策略,以及基于SPM布局的存储子系统能耗优化。针对图着色寄存器分配过程中,无寄存器可用时将待分配变量抛出到片外存储器的情况,本文提出一种基于SPM的寄存器分配算法抛出策略。通过分析应用程序编译阶段生成的静态单向赋值图,在抛出变量的前后插入SPM存取指令(sts/lfs),将针对片外存储器的抛出,修改为针对SPM的抛出,SPM存取指令在SPM管理器SPMM的协助下完成抛出变量在SPM存取。通过将抛出变量置于SPM空间来降低存储器访问能耗。鉴于抛出变量在SPM中管理对存储子系统能耗影响的局部性和有限性,本文提出一种基于SPM布局优化的存储子系统能耗优化策略。通过综合考虑应用程序的全局变量、数据、代码、堆栈对系统能耗的影响,构架反映程序调用关系和访问次数的权重扩展控制流图,采用以节点能耗密度为优先权的0-1背包算法,选择程序中的能耗热点。将SPM空间进行分层管理,第一层用于抛出变量管理,第二层用于存储程序能耗热点。通过对SPM空间的合理划分和能耗热点的优化布局,有效降低存储子系统的能量消耗。实验结果表明,上述抛出变量管理策略和SPM空间布局策略,分别取得约4.24%和34.8%的能耗优化结果。