剖析DSP編程優(yōu)化的7個(gè)方法

方法一 把浮點(diǎn)運(yùn)算改成定點(diǎn)運(yùn)算

因?yàn)镃6x DSP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(lái)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(lái)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(lèi)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。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) ( Sign bit )。當(dāng)有號(hào)數(shù)被設(shè)成0而其余位設(shè)成1時(shí)，可得到最大的正數(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)，可得到最大的負(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(lái)增加整數(shù)部份的范圍，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精確度。

方法二 建立表格 ( table )

原來(lái)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(yǔ)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(zhǎng)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(lái)偵測(cè)錯(cuò)誤的部份，程序 Debug完后，已經(jīng)沒(méi)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(zhǎng)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(lái)作，功能更強(qiáng)大。

方法四 減少I(mǎi)/O 過(guò)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。或是將AAC建成表格(約1 MB)，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(lái)。但是有些子程序的長(zhǎng)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(xiě)在主程序當(dāng)中，以減少時(shí)脈數(shù)。

方法六 寫(xiě)匯編語(yǔ)言

雖然由C語(yǔ)言所編譯出來(lái)的匯編語(yǔ)言可以正確無(wú)誤的執(zhí)行，但是這個(gè)匯編語(yǔ)言卻不是最有效率的寫(xiě)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(zhǎng)的函式(function)，必須改以自己動(dòng)手寫(xiě)匯編語(yǔ)言來(lái)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(shuō)最多可以同時(shí)處理八個(gè)指令。所以如果我們可以用它來(lái)作平行處理，我們就可以大大的縮短程序執(zhí)行的時(shí)間，最有效率的來(lái)利用它來(lái)作解碼的動(dòng)作。

最后還要知道：

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(cè)。但這些效率都不高（雖然ti的宣傳說(shuō)能達(dá)到80%，我自己做的時(shí)候發(fā)現(xiàn)絕對(duì)沒(méi)有這個(gè)效率！65%還差不多），如果要提高效率只能用匯編來(lái)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(shuō)沒(méi)什么優(yōu)勢(shì)。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(shuō)。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，如果要比就比核心的部分。

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(xiě)的C語(yǔ)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(lái)的匯編語(yǔ)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模式下最重要的窗口，它顯示出的項(xiàng)目如下：

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)行一次最大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)行一次最大clock數(shù)

利用這個(gè)profile模式我們可以用來(lái)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)脈最多，是可以再改進(jìn)的，而針對(duì)它來(lái)作最佳化。

匯編代碼級(jí)的優(yōu)化

在經(jīng)過(guò)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(guò)profile

clock工具找出效率很低的部分，使用線性匯編重新改寫(xiě)。再通過(guò)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。

● 在軟件流水線期間，處理流水線標(biāo)號(hào)。

● 分配寄存器的用法。

● 分配功能單元。

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(wèn)題

在優(yōu)化過(guò)程中，總是要對(duì)程序進(jìn)行一定的改動(dòng)，這樣經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。

1) 優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證

優(yōu)化過(guò)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(guò)測(cè)試序列來(lái)驗(yàn)證。測(cè)試序列指的是對(duì)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(cè)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(guò)對(duì)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(jiàn)的算法，一般都提供了測(cè)試序列。還有一些，沒(méi)有測(cè)試序列。這時(shí)就需要根據(jù)算法的特點(diǎn)，自己構(gòu)造測(cè)試序列，進(jìn)行驗(yàn)證。構(gòu)造的時(shí)候，注意序列最好有幾組，數(shù)據(jù)最好有一定的長(zhǎng)度，這樣驗(yàn)證的更準(zhǔn)確。

2) 內(nèi)存泄漏的問(wèn)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(cè)。

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(duì)于一些經(jīng)常要用到的數(shù)據(jù)，放入片內(nèi)，也會(huì)節(jié)省處理時(shí)間。

2) 通過(guò)DMA技術(shù)搬移數(shù)據(jù)

對(duì)于C64X芯片，其片內(nèi)RAM有1MB，但是對(duì)于一些大型的圖像處理算法而言，仍可能是不夠的，因此經(jīng)常通過(guò)DMA技術(shù)，把需要用到的數(shù)據(jù)搬入片內(nèi)，把不需要的搬到片外，可以大大的提高程序的運(yùn)行速度。

3) CACHE的使用

增大CACHE，可以明顯的提高性能。但是C64X系列DSP中程序和數(shù)據(jù)還有CACHE共享片內(nèi)RAM，因此增大CACHE，就減小了實(shí)際的片內(nèi)可用空間，設(shè)計(jì)中需要注意。