基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式IP可視電話設(shè)計(jì)方案

第3階段是編寫線性匯編代碼 從C代碼中抽出對(duì)性能影響很大的代碼段，用線性匯編重新編寫這段代碼，然后使用匯編優(yōu)化器優(yōu)化該代碼。

2.1 C代碼的開發(fā)和優(yōu)化

開發(fā)過(guò)程中要充分利用Tl公司為用戶提供的功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，比如IMAGE.LIB庫(kù)中就包含許多常用函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)DCT/IDCT變換、DCT量化、自適應(yīng)濾波等功能。這些函數(shù)都是優(yōu)化過(guò)的，完全能夠?qū)崿F(xiàn)軟件流水，效率很高。另外，開發(fā)C語(yǔ)言代碼還需要考慮的要點(diǎn)包括：① 使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)- - 對(duì)定點(diǎn)乘法，應(yīng)盡可能使用short型數(shù)據(jù)；對(duì)循環(huán)計(jì)數(shù)器應(yīng)使用int或者無(wú)符號(hào)int 類型。②使用查找表或常數(shù)值代替通過(guò)直接計(jì)算得到結(jié)果的語(yǔ)句或函數(shù)。

代碼分析結(jié)果顯示DCT、IDCT 、運(yùn)動(dòng)估計(jì)占程序總運(yùn)算量的比重很大，因此這部分是程序優(yōu)化的重點(diǎn)。優(yōu)化C 代碼包括使用編譯器選項(xiàng)、使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)、使用軟件流水等。

（1）向編譯器指明不相關(guān)的指令。

為使指令并行操作，編譯器必須確定指令間的相關(guān)性，只有不相關(guān)的指令才可并行執(zhí)行。若編譯器不能確定兩條指令是不相關(guān)的，則只能安排它們串行執(zhí)行。用戶可通過(guò)如下方法指明相關(guān)的指令：

①關(guān)鍵字cons t 表示一個(gè)變量或一個(gè)變量的存儲(chǔ)單元保持不變，使用const 可提高代碼的性能和適應(yīng)性。

②使用-mt 選項(xiàng)向編譯器說(shuō)明在代碼中不存在存儲(chǔ)器相關(guān)性，即允許編譯器在無(wú)存儲(chǔ)器相關(guān)性的假設(shè)下進(jìn)行優(yōu)化。

（2）使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)（intrinsics）。

可用內(nèi)聯(lián)函數(shù)快速優(yōu)化C 代碼。如在算術(shù)操作中，常對(duì)計(jì)算的結(jié)果做飽和（saturation）處理，使用intrinsics只須調(diào)用SADD, 一個(gè)指令周期便可得到最終結(jié)果。比花費(fèi)兩個(gè)嵌套的條件判斷語(yǔ)句來(lái)判斷結(jié)果是否溢出，最后得到結(jié)果效率要高得多。

（3）使用軟件流水。

在編譯時(shí)，使用-o2 選項(xiàng)和-o3 選項(xiàng)，編譯器可對(duì)循環(huán)代碼實(shí)現(xiàn)軟件流水。為填滿軟件流水線，軟件流水結(jié)構(gòu)需要執(zhí)行的最小循環(huán)迭代次數(shù)稱為最小循環(huán)次數(shù)。循環(huán)總數(shù)小于最小循環(huán)次數(shù)時(shí)，執(zhí)行不流水形式循環(huán)； 循環(huán)總數(shù)大于最小循環(huán)次數(shù)時(shí)，執(zhí)行軟件流水形式循環(huán)?？梢允褂?ms 選項(xiàng)，使編譯器根據(jù)循環(huán)次數(shù)僅產(chǎn)生一種循環(huán)形式； 可使用-o3 和-pm 選項(xiàng)，使優(yōu)化器訪問(wèn)整個(gè)程序，了解循環(huán)次數(shù)信息； 使用-nassert 內(nèi)聯(lián)函數(shù)，防止冗余循環(huán)產(chǎn)生；使用-mh 選項(xiàng)，消除軟件流水循環(huán)的排空，從而減小代碼尺寸。

由于在嵌套循環(huán)中編譯器僅對(duì)最里面的循環(huán)執(zhí)行軟件流水，因此對(duì)于執(zhí)行周期很少的內(nèi)循環(huán)進(jìn)行循環(huán)展開，對(duì)外循環(huán)進(jìn)行軟件流水。

使用軟件流水應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題： 盡管軟件流水循環(huán)可以包含內(nèi)聯(lián)函數(shù)，但不能包含函數(shù)調(diào)用； 在循環(huán)中不使用break 語(yǔ)句； 循環(huán)控制變量不能與循環(huán)體內(nèi)的語(yǔ)句有關(guān)； 如果循環(huán)體內(nèi)復(fù)雜的條件代碼需要超過(guò)5 個(gè)條件寄存器或者32 個(gè)以上寄存器，則這個(gè)循環(huán)不可進(jìn)行軟件流水。

（4）片內(nèi)存儲(chǔ)器的分配及DMA技術(shù)的運(yùn)用。

DM643 內(nèi)部有16 KB 的一級(jí)程序緩存、16 KB 的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存和256 KB 的程序數(shù)據(jù)共享二級(jí)緩存，遠(yuǎn)小于執(zhí)行程序和待處理圖像數(shù)據(jù)，不可能將程序和圖像數(shù)據(jù)都在片內(nèi)RAM 中緩存，因此合理地配置和使用存儲(chǔ)空間，對(duì)系統(tǒng)整體效率影響很大。

提高算法程序執(zhí)行速度的關(guān)鍵是使核心循環(huán)代碼和要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)在第1 次訪問(wèn)之后全部發(fā)生L1P 和L1D 命中。核心循環(huán)代碼占的空間很小，執(zhí)行過(guò)一次之后，完全可以全部在L1P 中緩存，因此，不用考慮代碼如何在存儲(chǔ)器中存放，主要問(wèn)題是圖像數(shù)據(jù)的存放。

由于L1D 采取LRU （Least Recently Used）分配機(jī)制，因此對(duì)于小于等于16 KB 的連續(xù)存放的數(shù)據(jù)塊可完全在L1D 中命中。以解碼過(guò)程為例，IDCT 和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊都是以宏塊為單位進(jìn)行運(yùn)算的，IDCT 數(shù)據(jù)類型為short型，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中的預(yù)測(cè)幀和當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)類型為unsignedchar 型。計(jì)算一個(gè)宏塊（420 格式）的IDCT 和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)大小共需1 536 字節(jié)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)包括預(yù)測(cè)宏塊和當(dāng)前宏塊的數(shù)據(jù)，實(shí)際解碼中以6 個(gè)宏塊（10 KB）作為1 次處理對(duì)象。待處理的數(shù)據(jù)要從外部存儲(chǔ)器搬到L2 中連續(xù)的存儲(chǔ)空間，可利用EDMA 與CPU 并行工作的特點(diǎn)，采取Ping??Pong 技術(shù)，使CPU 在處理Ping空間數(shù)據(jù)的同時(shí)，由EDMA 將下次要處理的數(shù)據(jù)搬到Pong 空間中； 當(dāng)CPU 處理Pong 空間數(shù)據(jù)時(shí)，再由EDMA將Ping 空間已處理好的數(shù)據(jù)搬回外部存儲(chǔ)器，并將下次要處理的數(shù)據(jù)搬到Ping 空間，這樣就可達(dá)到CPU 的最大計(jì)算能力。Ping、Pong 空間各占用的大小為20 KB, 兩個(gè)總共約40 KB.L2 中的剩余空間分出64 KB 留給數(shù)據(jù)空間，用于解碼中常用的解碼表、量化步長(zhǎng)、輸入壓縮碼流緩沖區(qū)和輸出碼流緩沖區(qū)等。64 KB 的程序空間用于存儲(chǔ)H. 264 算法中的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和中斷服務(wù)程序等關(guān)鍵代碼。L2 其余部分配置為Cache, 操作與L1D 類似。

2. 2 編寫線性匯編代碼

為了提高代碼性能，對(duì)影響處理速度的關(guān)鍵C 代碼段可以用線性匯編重新編寫。線性匯編代碼類似于匯編代碼，不同的是線性匯編代碼中不需要給出匯編代碼必須指出的所有信息（如所使用的寄存器、指令的并行與否、指令的延遲周期和指令使用的功能單元等），匯編優(yōu)化器會(huì)根據(jù)代碼的情況確定這些信息。當(dāng)然，如果能夠事先確定一些信息（如循環(huán)的執(zhí)行次數(shù)、存儲(chǔ)區(qū)的地址等），則編寫的線性匯編代碼的效率更高。具體的優(yōu)化措施如下：

①使用偽指令向匯編優(yōu)化器提供較為詳細(xì)的信息。

②畫出指令的相關(guān)圖，根據(jù)相關(guān)圖合理分配邏輯單元，最大限度地保證指令的并行執(zhí)行。

③充分使用C64x DSP 提供的強(qiáng)大包處理指令處理數(shù)據(jù)（包處理指令可同時(shí)處理2 個(gè)l6 位數(shù)據(jù)和4 個(gè)8 位數(shù)據(jù)）。本系統(tǒng)中使用了AVGU4、MIN2、M AX2、SPACKU4、PACK2、D0T P2、D0T PN2 和UNPKLU4 等指令。C64x DSP 還提供了STDW（STNDW）、LDDW（LDNDW）指令，可一次存取連續(xù)的64 位數(shù)據(jù)?？衫肔DDW 指令，將作1 次行變換所需數(shù)據(jù)1 次取來(lái)，并將處理后的結(jié)果利用STDW 指令一次存好。這樣大大縮短了代碼長(zhǎng)度，提高了代碼效率。

④利用Schedule Table 確定循環(huán)的重復(fù)間隔，合理安排功能單元，進(jìn)行軟件的流水。