随着集成电路设计水平的提高和CMOS工艺技术的发展,片上系统(Syst em on Chip,SoC)的集成度和工作主频不断提升,处理器与主存速度差异也不断增大。存储架构已经成为SoC系统性能、功耗和成本的瓶颈。多级存储层次(Memory Hierarchy)利用程序的局部性特征,通过减少对较低存储层次的访问缓解了存储墙(Memory Wall)问题。但传统的静态片上存储层次难以同时满足嵌入式系统对芯片性能和功耗的要求。因此,本文探索一种动态可重构的片上存储层次,通过恰当的资源分配策略最大限度的利用片上存储器资源,在不损失系统性能的前提下达到降低系统功耗的目的。　　 本文研究一种新型的针对指令的可重构片上统一存储器(Reconfigurable on-chip unified Memory,RcfgMem),能通过配置信息实现RcfgMem中Cache和SPM的相互转换,并实现了一套基于Cache相变行为图的动态配置管理算法。通过分析Cache利用率及指令段在Cache中的行为,将Cache中利用率不高的Bank配置为SPM,并将访问量较大的程序热点以及容易引起Cache冲突的指令段通过内存管理单元映射到重构后的SPM中；当程序对Cache关联度要求较高时,将SPM重构为Cache以保证Cache的命中率。为了满足程序执行不同阶段对片上存储资源的需求,本文对程序的执行特征进行研究并采用了一种基于程序跳转块的程序阶段动态监测与预测技术。通过对程序阶段的预测实现RcfgMem配置信息的快速上下文切换,缩短了重构时间。　　 依据上述设计,本文对多个基准测试程序进行优化,并进行了分析和对比。实验结果表明,采用本文提出的优化策略,使用4K Bytes的RcfgMem对程序指令段进行优化,相比4K Bytes四路组关联的Cache,在保证系统性能的前提下,系统能耗平均降低15.98％,最高降低34.03％。相比于8KBytes四路组关联与16K Bytes四路组关联的Cache,能耗分别平均降低12.49％和10.98％。