TMS320C6000系列DSP的软件优化

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1 DSP系统的软件优化流程
DSP系统的软件优化流程如图1所示。整个工作流程分为3个阶段：


第1阶段，直接根据需要用高级C语言实现DSP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。

2 优化过程
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。
2.1 编译器
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。

2.2 编译器内联函数
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：

3 线性汇编代码的优化
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。
3.1 C语言代码转换到线性汇编代码
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。

3.2 线性汇编的资源分配
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。

完成200次循环迭代，经过profile clock分析循环部分，需要16×200=3200 cycles。 3.3 使用并行指令完成点积代码


使用并行指令完成点积代码如例5所示。

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=1600 cycles。 3.4 使用字存取原short型数据
为进一步提高效率，使用字存取原short型数据，如例6所示。


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。

4 软件流水技术
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"。


在DSP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。 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。

由此迭代间隔表写出对应代码：



由此得到的代码所需CPU时钟周期为7+100+l=108 cycles。
5 总 结
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。


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，这对实际应用具有重大意义。