zhongqian 2008-6-5 04:24 PM
TMS320C6000系列DSP的软件优化技术
[table=500][tr][td][/td][td]
[align=center]TMS320C6000系列DSP的软件优化技术[/align][table=97%][tr][td=1,1,120][日期：2008-03-17][/td][td]来源：[url=http://www.21ic.com/news/n25450c65.aspx][color=#0000ff]单片机及嵌入式系统应用[/color][/url] 作者：重庆大学 高秀娟[/td][td=1,1,100][字体：[color=#0000ff]大[/color] [color=#0000ff]中[/color] [color=#0000ff]小[/color]] [/td][/tr][/table][b]摘要[/b] 详细介绍[url=http://www.chinaeda.cn/edu/dsp.html][color=#800080]dsp[/color][/url]软件优化流程；结合具体实例阐述在C语言中使用内联函数、指夸并行、字装载半字型数据、软件流水等几种代码优化技术，并对各种技术优化后的代码执行效率进行总结分析，对实际系统的开发具有重要意义。
[b]关键词[/b] [url=http://www.chinaeda.cn/edu/dsp.html][color=#800080]dsp[/color][/url]软件优化 软件流水 TMS320C6000
[b]1 [url=http://www.chinaeda.cn/edu/dsp.html][color=#800080]dsp[/color][/url]系统的软件优化流程
[/b][url=http://www.chinaeda.cn/edu/dsp.html][color=#800080]dsp[/color][/url]系统的软件优化流程如图l所示。整个工作流程分为3个阶段：
[align=center][img=295,526]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6a.jpg[/img][/align] 第l阶段，直接根据需要用高级C语言实现[url=http://www.chinaeda.cn/edu/dsp.html][color=#800080]dsp[/color][/url]功能，测试代码的正确性。然后，移植到C6X平台，利用C6X开发环境Profile测试程序的运行时间。若不满足要求，则进入下一阶段。
第2阶段，利用C6X提供的优化方式和其他各种优化技巧，如使用不同的编译器选项使能软件流水，循环展开，字存取代替半字存取等，优化C语言代码。如果还不能满足要求，则进入第3阶段。
第3阶段，将C语言代码中耗时最长的部分抽取出来，用线性汇编语言重写，用汇编优化器进行优化。使用profile确定这段代码是否需要进一步优化。
[b]2 优化过程
[/b]首先，用C语言编写程序，并通过编译验证其正确性。然后，使用内联函数和合适的优化选项进行优化，并通过CCS中的profiler确定是否有函数需要被进一步优化，使用线性汇编语言重写需要被优化的函数。最后，使用汇编优化编程技巧和汇编优化器优化汇编代码。
[b]2．1 编译器[/b]
当优化器被激活时，将完成图2所示的过程。C／C++语言源代码首先通过一个完成预处理的解析器(Parser)，生成一个中间文件(．if)作为优化器(Optimizer)的输入。优化器生成一个优化文件(．opt)，这个文件作为完成进一
步优化的代码生成器(Code generator)的输入，最终生成汇编文件(．asm)。当选择编译选项时，-o2和-o3将尽可能地优化软件。
[align=center][img=310,135]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6b.jpg[/img][/align][b]2.2 编译器内联函数
[/b]TMS320C6X提供了很多内联函数，它们直接映射为内嵌C6X汇编指令的特殊函数，这样可迅速优化C语言代码。C编译器以内联函数的形式支持所有C语言代码不易表达的指令。内联函数用下划线“_”开头，如例2，使用时如同调用普通函数一样。下面结合实例，研究一下完成200点点积经过上述各种优化技术优化后的代码效率。完成200点的点积运算C语言代码程序dotp．c如下：
[img=257,508]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6c.jpg[/img]
[b]3 线性汇编代码的优化
[/b]优化线性汇编代码，首先是尽可能地使指令并行，使得同一时间内多个功能单元同时被使用，然后是调整代码顺序，缩减等待时延(NOPS)，如例5。接下来使用字访问short型数据．如例6，最后使用软件流水技术。当进行实际操作时，并不是要按顺序地完成上面的每一步。只要达到要求，就可以结束。
[b]3.1 C语言代码转换到线性汇编代码[/b]
定点点积中，C语言代码内部循环使用线性汇编指令，如例3所示。
[img=294,216]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6d.jpg[/img]
[b]3.2 线性汇编的资源分配
[/b]①装载指令(LDW)必须使用．D单元。
②乘法指令(MPY和MPYH)必须使用．M单元。
③加法指令(ADD)使用．L单元，
④减法指令(SUB)使用．S单元。
⑤跳转指令(B)使用．S单元。
由此得到例4的汇编代码。
例4
下面的例子是没有并行执行的汇编代码:
[img=319,270]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6e.jpg[/img]
完成200次循环迭代，经过profile clock分析循环部分，需要16×200=3200 cycles。
[b]3.3 使用并行指令完成点积代码
[/b]使用并行指令完成点积代码如例5所示。
[img=332,268]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6f.jpg[/img]
使用并行指令，循环体内需要8个时钟周期。这段循环代码的执行周期为8×200=l600 cycles。
[b]3．4 使用字存取原short型数据
[/b]为进一步提高效率，使用字存取原short型数据，如例6所示。
[img=295,128]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6g.jpg[/img]
[img=438,302]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6h.jpg[/img]
这段代码在循环体内仍然是8个时钟周期，迭代100次为8×100=800 cycles。
[b]4 软件流水技术
[/b]软件流水技术是用在循环语句中调用指令的方法，即安排循环中的多个迭代运算并行执行。在编译C语言代码时，可以选择编译器的-o2或-o3选项，编译器将根据程序尽可能地安排软件流水。图3所示为运用软件流水的循环结构，它包括A、B、C、D、E五次迭代，同一周期最多执行五次迭代的不同指令(阴影部分)。图3中阴影部分称为“循环内核”，核中不同的指令并行执行。核前执行的过程称为“流水线填充”，核后执行的过程称为。流水线排空”。
[align=center][img=399,240]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6i.jpg[/img][/align] 在[url=http://www.chinaeda.cn/edu/dsp.html][color=#800080]dsp[/color][/url]算法中存在大量的循环操作，因此充分运用软件流水线方式，能极大地提高程序的运行速度。当手绘软件流水时，首先要画出相关图，如图4所示，然后建立软件流水迭代间隔编排表，最后根据编排表写出程序。
[align=center][img=230,284]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6j.jpg[/img][/align] 在画相关图时应遵循：
①画出节点和路径；
②写出完成各指令需要的CPU周期；
③为各节点指派功能单元；
④分开路径，以使最多的功能单元被使用。
根据相关图写出模迭代间隔安排表，如表1所列。
[align=center][img=393,249]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6l.jpg[/img][/align] 由此迭代间隔表写出对应代码：
[img=450,548]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6k.jpg[/img]
[img=464,403]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6o.jpg[/img]
[b]5 总结
[/b]各种优化技术所需时钟数如表2所列。表中括号内数字为循环内核时钟周期，括号前数字为流水线填充时钟周期，括号后数字为流水线排空CPU时钟周期。
[align=center][img=317,145]http://www.21ic.com/info/images/dpj/200704/6/6m.jpg[/img][/align] 由此得出遵循以上的软件优化流程和代码优化技术，可以极大地提高代码效率，这对实际应用具有
[/td][/tr][/table]