資料介紹
1 高速緩存Cache的應(yīng)用
目前越來(lái)越多的編解碼算法采用DSP的方式實(shí)現(xiàn),隨著DSP芯片主頻的不斷攀升,存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度日益成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸。在現(xiàn)有的制造工藝下,片上存儲(chǔ)單元的增加將導(dǎo)致數(shù)據(jù)線負(fù)載電容的增加,影響到數(shù)據(jù)線上信號(hào)的開(kāi)關(guān)時(shí)間,這意味著片上高速存儲(chǔ)單元的增加將是十分有限的。為了解決存儲(chǔ)器速度與CPU內(nèi)核速度不匹配的問(wèn)題,高性能的CPU普遍采用高速緩存(Cache)機(jī)制。
以TI的C64x DSP為例,存儲(chǔ)器系統(tǒng)由片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外存儲(chǔ)器兩部分組成。其中,片內(nèi)存儲(chǔ)器采用兩級(jí)緩存結(jié)構(gòu),第1級(jí)L1距離DSP核最近,數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度最快,可以達(dá)到每秒600Mbyte,只能作為不能尋址的Cache使用,由相互獨(dú)立的L1P和L1D 組成。
L1P Cache是處理器訪問(wèn)程序代碼的高速緩沖存儲(chǔ)器,大小為16 kbyte,采用直接映射方式,每行大小32byte;L1D Cache是處理器訪問(wèn)數(shù)據(jù)的高速緩沖存儲(chǔ)器,大小為16 kbyte,采用2路映射,每行大小為64byte。第2級(jí)L2是一個(gè)統(tǒng)一的程序/數(shù)據(jù)空間,可以整體作為SRAM映射到存儲(chǔ)空間,也可以作為Cache和SRAM按比例的一種組合。L2與L1之間的數(shù)據(jù)交互速率為每秒300 Mbyte,L2與SDRAM之間的數(shù)據(jù)交換速率為每秒100 Mbyte。片外存儲(chǔ)器是第3級(jí),一般由SDRAM構(gòu)成。L1、L2和片外SDRAM構(gòu)成了整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。C64X的兩級(jí)緩存結(jié)構(gòu)若能運(yùn)用恰當(dāng),將能極大地提高程序性能。
根據(jù)圖1的三層次的存儲(chǔ)器系統(tǒng), C64X讀取程序代碼時(shí),先查看1級(jí)緩存L1,若L1已緩存了所需代碼,則直接從L1讀取;若L1沒(méi)有該代碼的緩存,則訪問(wèn)2級(jí)緩存L2;若L2也沒(méi)有,則通過(guò)EMIF接口訪問(wèn)外部SDRAM,把所需代碼從外部SDRAM拷貝到L2緩存區(qū),再?gòu)腖2緩存區(qū)拷貝到L1,最后由DSP內(nèi)核取得。

圖1 三層次的存儲(chǔ)器系統(tǒng)(圖中B代表byte)
研究表明,采用這種多級(jí)緩存的架構(gòu)可以達(dá)到采用完全片上存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)約80%的執(zhí)行效率。本文致力于更深入地研究Cache的機(jī)制,對(duì)算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、處理流程以及程序結(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化,以提高Cache的命中率,更有效地發(fā)揮Cache的作用,從而達(dá)到提高解碼器運(yùn)行效率的目的。
2 基于Cache的視頻解碼算法實(shí)現(xiàn)
為了克服上述不足,本文通過(guò)更改視頻解碼算法的實(shí)現(xiàn)架構(gòu),充分利用Cache中L1P,減少CPU讀取程序代碼的缺失次數(shù),提高解碼程序的執(zhí)行效率。
在具體實(shí)施過(guò)程中,本文根據(jù)L1P的容量和程序中各個(gè)功能單元代碼的大小,將圖2中的功能單元分為四個(gè)模塊,每個(gè)模塊代碼大小均小于16 kbyte,各模塊所包含的功能單元為:模塊A,讀入一個(gè)宏塊;模塊B,熵解碼、反掃描、反量化、反變換;模塊C,重建;模塊D,環(huán)路濾波。
一個(gè)視頻宏塊只有遍歷這四個(gè)模塊之后才算最終完成解碼,各個(gè)模塊之間傳遞的中間數(shù)據(jù)如果放置在片外SDRAM中,勢(shì)必影響下一個(gè)模塊獲取數(shù)據(jù)的速度,如果數(shù)據(jù)放置在片內(nèi)SRAM中,由于片內(nèi)RAM空間有限不能存儲(chǔ)整幀數(shù)據(jù)。所以權(quán)衡考慮,每個(gè)模塊完成一個(gè)宏塊行(假設(shè)一幅圖像包含有M個(gè)宏塊行,每行有N個(gè)宏塊)的解碼后再交給下一個(gè)模塊處理,這樣既可以將中間數(shù)據(jù)放置在片內(nèi)又可以充分利用L1P,減少各個(gè)模塊之間的代碼沖刷,直到M 個(gè)宏塊行全部處理完畢,這樣就得到一幀數(shù)據(jù)的解碼圖像。
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