dsp編程優(yōu)化方法-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯dsp編程優(yōu)化方法-基礎(chǔ)電子4)short型數(shù)據(jù)的int處理C64XDSP具有雙16bit擴(kuò)充功能，芯片能在一個(gè)周期內(nèi)完成雙16bit的乘法、加減法、比較、移位等操作。在設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)對連續(xù)的short型數(shù)據(jù)流操作時(shí)，應(yīng)該轉(zhuǎn)化成對int型數(shù)據(jù)流的操作，這樣可以把兩個(gè)16位的數(shù)據(jù)讀入一個(gè)32位的寄存器，然后用內(nèi)部函數(shù)來對它們處理（如_sub2等），充分運(yùn)用雙16bit擴(kuò)充功能，可以進(jìn)行兩個(gè)16bit數(shù)據(jù)的運(yùn)算，速度將提升一倍。5)盡量少進(jìn)行函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，要將PC和一些寄存器壓棧保存，函數(shù)返回時(shí)，則將這些寄存器出棧返回，增加了一些不必要的操作。所以一些小的函數(shù)，是用適當(dāng)?shù)膬?nèi)聯(lián)函數(shù)代替直接寫入主函數(shù)里，一些調(diào)用不多的函數(shù)，也可以直接寫入主函數(shù)內(nèi)，這樣可減少不必要的操作，提高速度。但是這樣往往會(huì)增加程序的長度，因此是一種利用空間換取時(shí)間的辦法。6)盡量使用邏輯運(yùn)算代替乘除運(yùn)算在DSP里，乘除運(yùn)算指令的執(zhí)行時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過邏輯移位指令，尤其是除法指令，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行一些調(diào)整，盡量用邏輯移位運(yùn)算來代替乘除運(yùn)算，這樣可以加快指令的運(yùn)行時(shí)間。7)軟件流水線技術(shù)的使用軟件流水線技術(shù)用來對一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)的指令進(jìn)行調(diào)度安排，使之成為多重迭代循環(huán)并行執(zhí)行。在編譯代碼時(shí)，可以選擇編譯器的-o2或-o3選項(xiàng)，則編譯器將根據(jù)程序盡可能地安排軟件流水線。在DSP算法中存在大量的循環(huán)操作，因此充分地運(yùn)用軟件流水線方式，能極大地提高程序的運(yùn)行速度。但使用軟件流水線還有下面幾點(diǎn)限制：●循環(huán)結(jié)構(gòu)不能包含代碼調(diào)用，但可以包含內(nèi)聯(lián)函數(shù)?！裱h(huán)計(jì)數(shù)器應(yīng)該是遞減的?！裱h(huán)結(jié)構(gòu)不能包含break，if語句不能嵌套，條件代碼應(yīng)當(dāng)盡量的簡單?！裱h(huán)結(jié)構(gòu)中不要包含改變循環(huán)計(jì)數(shù)器的代碼?！裱h(huán)體代碼不能過長，因?yàn)榧拇嫫鳎?2個(gè)）的數(shù)量有限，應(yīng)該分解為多個(gè)循環(huán)。在軟件流水線的運(yùn)用上，應(yīng)該盡量使復(fù)雜的循環(huán)分解成簡單的小循環(huán)，以避免寄存器的數(shù)量不夠；對于過于簡單的循環(huán)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)恼归_，以增加代碼數(shù)量，增加流水線中的迭代指令。8)采用指令亂序技術(shù)程序中，有些指令的執(zhí)行順序沒有嚴(yán)格的要求，可以作出一些位置上的調(diào)整，因此可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整這些指令的位置，穿插于其他的指令之中，從而減小指令的相關(guān)性，增加運(yùn)行時(shí)的并行性。尤其在循環(huán)里，當(dāng)循環(huán)體較小的時(shí)候，可以把多個(gè)循環(huán)的代碼寫在一個(gè)循環(huán)體里，合并成一個(gè)循環(huán)，從而減小循環(huán)內(nèi)指令的相關(guān)性，增加指令運(yùn)行的并行性。但是要注意不要使循環(huán)過于復(fù)雜，以至不能進(jìn)行軟件流水線的優(yōu)化。由于C語言編譯出來的程序，不是有效率的匯編語言，而沒有辦法達(dá)到實(shí)時(shí)播放。所以為了要使程序執(zhí)行的速度能夠加快，必須要做化，使其能夠達(dá)到實(shí)時(shí)播放的速度。然而C6x的編譯器也提供了化的指令，如在編譯時(shí)加上-o3的參數(shù)，它可以用軟件來分析我們的程序是否有可以改進(jìn)的地方，如此一來，在產(chǎn)生組語的匯編語言檔案之前，編譯器會(huì)對我們寫的C語言程序不斷的進(jìn)行編譯，也會(huì)對程序中的循環(huán)部份重新編排，產(chǎn)生另一較有效率的循環(huán)，以有效率的方式重新編排程序，來加快程序速度方法一把浮點(diǎn)運(yùn)算改成定點(diǎn)運(yùn)算因?yàn)镃6xDSP板并不支持浮點(diǎn)運(yùn)算，但我們的原始程序代碼是浮點(diǎn)運(yùn)算的格式，所以必須改成定點(diǎn)運(yùn)算，而其修改后的執(zhí)行速度也會(huì)加快很多。我們采用Q-format規(guī)格來表示浮點(diǎn)運(yùn)算。以下將介紹其相關(guān)原理。定點(diǎn)DSP使用固定的小數(shù)點(diǎn)來表示小數(shù)部份的數(shù)字，這也造成了使用上的限制，而為了要分類不同范圍的小數(shù)點(diǎn)，我們必須使用Q-format的格式。不同的Q-format表示不同的小數(shù)點(diǎn)位置，也就是整數(shù)的范圍。表2呈現(xiàn)Q15數(shù)字的格式，要注意在小數(shù)點(diǎn)后的每一位，表示下一位為前一位的二分之一，而MSB(most-significant-bit)則被指定成有號(hào)數(shù)(Signbit)。由表2可以知道，當(dāng)有號(hào)數(shù)被設(shè)成0而其余位設(shè)成1時(shí)，可得到的正數(shù)(7FFFH)；而當(dāng)有號(hào)數(shù)被設(shè)成1而其余位設(shè)成0時(shí)，可得到的負(fù)數(shù)(8000H)。所以Q15格式的范圍從-1到0.9999694(@1)，因此我們可以藉由把小數(shù)點(diǎn)向右移位，來增加整數(shù)部份的范圍，如表3所示，Q14格式的范圍增為-2.0到1.9999694(@2)，然而范圍的增加卻犧牲了度。方法二建立表格(table)原來程序的設(shè)計(jì)是除了要讀AAC的檔案外，在譯碼時(shí)，還要再另外讀取一些C語言程序代碼的內(nèi)容再做計(jì)算，如讀取一些數(shù)值做sin、cos、exp的運(yùn)算，但是為了加快程序的執(zhí)行速度，故將這這些運(yùn)算的結(jié)果建成表格，內(nèi)建在程序中，可以不必再做額外的計(jì)算動(dòng)做，以加速程序。方法三減短程序的長度1.去除Debug的功能原本程序在Debug的階段時(shí)，就加了許多用來偵測錯(cuò)誤的部份，程序Debug完后，已經(jīng)沒有錯(cuò)誤發(fā)生，所以就可以把這些部份給去除，以減少程序的長度，也可以減少程序執(zhí)行時(shí)的時(shí)脈數(shù)，加快程序的速度。2.去除計(jì)算時(shí)脈(clock)功能原本程序可以計(jì)算執(zhí)行程序所需的時(shí)脈數(shù)，我們也可以把這些部份給去除，如果有需要計(jì)算時(shí)脈時(shí),我們可以用C6x的工具軟件來作，功能更強(qiáng)大。方法四減少I/O過程原本在做譯碼的動(dòng)作時(shí)，是先讀取AAC檔案的一部份做譯碼，譯碼完成后再讀取下一部份，再做譯碼。但是由于C6x的板子跟PC做檔案讀取時(shí)相當(dāng)?shù)木徛?，讀取的動(dòng)作占了大部份的時(shí)間，所以就將程序改成先將AAC檔案全部讀到C6x的內(nèi)存中，再做譯碼?；蚴菍AC建成表格(約1MB)，以避免DSP板上的內(nèi)存不足。方法五減少子程序的呼叫在呼叫子程序時(shí)，必須先將緩存器的內(nèi)容放到堆棧(stack)中，而從子程序返回時(shí)，也要將這些緩存器原本的內(nèi)容從堆棧中取出來。但是有些子程序的長度很短，而且被呼叫的次數(shù)又很多，往往幾個(gè)時(shí)脈就可以完成卻浪費(fèi)時(shí)間在存取堆棧的內(nèi)容上，所以干脆將這些很短的子程序直接寫在主程序當(dāng)中，以減少時(shí)脈數(shù)。方法六寫匯編語言雖然由C語言所編譯出來的匯編語言可以正確無誤的執(zhí)行，但是這個(gè)匯編語言卻不是有效率的寫法，所以為了增加程序的效率，于是在某些地方，例如一些被呼叫很多次且程序代碼不長的函式(function)，必須改以自己動(dòng)手寫匯編語言來取代。方法七利用平行處理的觀念C6x是一顆功能強(qiáng)大的處理器，它CPU的內(nèi)部提供了八個(gè)可以執(zhí)行不同指令的單元，也就是說多可以同時(shí)處理八個(gè)指令。所以如果我們可以用它來作平行處理，我們就可以大大的縮短程序執(zhí)行的時(shí)間，有效率的來利用它來作解碼的動(dòng)作。還要知道：第三級(jí)優(yōu)化(-O3)，效率不高（經(jīng)驗(yàn)），還有一些諸如用一條讀32位的指令讀兩個(gè)相鄰的16位數(shù)據(jù)等，具體情況可以看看C優(yōu)化手冊。但這些效率都不高（雖然ti的宣傳說能達(dá)到80%，我自己做的時(shí)候發(fā)現(xiàn)沒有這個(gè)效率！65%還差不多），如果要提高效率只能用匯編來做了。還有要看看你的c程序是怎么編的，如果里面有很多中斷的話，6000可以說沒什么優(yōu)勢。還有，profiler的數(shù)據(jù)也是不準(zhǔn)確的，比實(shí)際的要大，大多少不好說。還有dsp在初始化的時(shí)候特別慢，這些時(shí)間就不要和pc機(jī)相比了，如果要比就比的部分。關(guān)于profile：C6x的Debug工具提供了一個(gè)profile界面。在圖9中，包括了幾個(gè)重要的窗口，左上角的窗口是顯示出我們寫的C語言，可以讓我們知道現(xiàn)在做到了哪一步。右上角的窗口顯示的是C6x所編譯出來的匯編語言，同樣的我們也可以知道現(xiàn)在做到了哪一步。左下角的窗口是命令列，是讓我們下指令以及顯示訊息的窗口。而中間的profile窗口就是在profile模式下重要的窗口，它顯示出的項(xiàng)目如下表：表5：profile的各項(xiàng)參數(shù)[8]字段意義Count被呼叫的次數(shù)Inclusive包含子程序的總執(zhí)行clock數(shù)Incl-Max包含子程序的執(zhí)行clock數(shù)Exclusive不包含子程序的總執(zhí)行clock數(shù)Excl-Max不包含子程序的執(zhí)行clock數(shù)利用這個(gè)profile模式我們可以用來分析程序中每個(gè)函數(shù)被呼叫的次數(shù)、執(zhí)行的時(shí)脈數(shù)等等。用這個(gè)分析的結(jié)果，我們就可以知道哪個(gè)函數(shù)所花費(fèi)的時(shí)脈多，是可以再改進(jìn)的，而針對它來作化。匯編代碼級(jí)的優(yōu)化在經(jīng)過C代碼的優(yōu)化之后，還不能滿足性能上的要求，則可以通過profileclock工具找出效率很低的部分，使用線性匯編重新改寫。再通過匯編優(yōu)化器編譯，匯編優(yōu)化器從輸入的線性匯編代碼中，完成以下功能：●尋找可以平行執(zhí)行的CPU指令?！裨谲浖魉€期間，處理流水線標(biāo)號(hào)。●分配寄存器的用法?！穹峙涔δ軉卧?。TI提供的匯編優(yōu)化器可以得到很高的效率，一般可以滿足性能上的要求。優(yōu)化中的問題、在優(yōu)化過程中，總是要對程序進(jìn)行一定的改動(dòng)，這樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題。1)優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證、優(yōu)化過的程序往往不知道是否運(yùn)行正確，這就需要加以驗(yàn)證。一般采用的辦法就是通過測試序列來驗(yàn)證。測試序列指的是對于不同的算法所取的一組特殊的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確的反映算法的特性。測試序列中每組數(shù)據(jù)包括輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，通過對輸入數(shù)據(jù)的運(yùn)算，把結(jié)果與輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷程序的正確性。一些常見的算法，一般都提供了測試序列。還有一些，沒有測試序列。這時(shí)就需要根據(jù)算法的特點(diǎn)，自己構(gòu)造測試序列，進(jìn)行驗(yàn)證。構(gòu)造的時(shí)候，注意序列有幾組，數(shù)據(jù)有一定的長度，這樣驗(yàn)證的更準(zhǔn)確。2)內(nèi)存泄漏的問題、C64X系列DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)空間有1MB，其中程序和數(shù)據(jù)還有CPU的二級(jí)緩存將共享這片空間，因此當(dāng)程序的運(yùn)行不正常時(shí)，很有可能就是內(nèi)存泄漏造成的。因此，在程序設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量不用指針，同時(shí)注意進(jìn)行邊界檢測。程序設(shè)計(jì)的一些方法程序設(shè)計(jì)時(shí)，一切以滿足實(shí)際的要求為目標(biāo)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，除了優(yōu)化能夠提高性能以外，還可以采取其他的辦法，利用DSP的特性，提高程序的運(yùn)行性能，滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。1)把程序和經(jīng)常要用的數(shù)據(jù)放入片內(nèi)RAM片內(nèi)RAM與CPU工作在同一時(shí)鐘頻率，比片外RAM性能高得多。因此把程序放在片內(nèi)可以大大提高運(yùn)行的速度。同時(shí)對于一些經(jīng)常要用到的數(shù)據(jù)，放入片內(nèi)