TI 全新TMS320C66x 定點(diǎn)與浮點(diǎn)DSP內核成功挑戰速度極限

德州儀器 (TI) 全新 TMS320C66x 數字信號處理器 (DSP) 內核不僅為屢獲殊榮的 C64x+™ 指令集架構 (ISA) 帶來(lái)了顯著(zhù)的性能提升，同時(shí)還在同一處理內核中高度集成了針對浮點(diǎn)運算的支持。浮點(diǎn)處理技術(shù)首次能夠用于傳統上僅能滿(mǎn)足定點(diǎn)處理運行速度要求的處理器中。該 C66x DSP 的 ISA 同時(shí)支持單精度和雙精度浮點(diǎn)操作，并全面兼容 IEEE 754 標準。這一完美組合造就了無(wú)與倫比的DSP，能夠在完全無(wú)損定點(diǎn)或浮點(diǎn)功能的情況下將浮點(diǎn)優(yōu)勢引入高速嵌入式架構中。與其它很多可提供浮點(diǎn)協(xié)作單元的嵌入式處理器不同，TI 最新 C66x DSP 內核直接將浮點(diǎn)指令集嵌入到C64x 定點(diǎn)指令集中。在C66x CPU上，用戶(hù)可以選擇逐條執行浮點(diǎn)、定點(diǎn)指令，因為在 C66x 中浮點(diǎn)與定點(diǎn)運算能力已經(jīng)被完全集成在一起。正是由于這樣，到底使用定點(diǎn) DSP 還是浮點(diǎn) DSP 已不再是設計上的挑戰，因為 C66x DSP 做到了雙全其美。

在同一 DSP 內核中集成定點(diǎn)與浮點(diǎn)功能將使嵌入式系統算法的開(kāi)發(fā)與部署方式發(fā)生根本性變革。這聽(tīng)起來(lái)似乎有點(diǎn)夸大其辭，不過(guò)事實(shí)的確如此。在定點(diǎn)數字系統中實(shí)施算法所付51系列串口通訊例程出的艱辛是不可估量的。但充分滿(mǎn)足對速度的需求又使這一工作勢在必行，因為到目前為止市面上還沒(méi)有任何可供使用的快速浮點(diǎn)DSP。我們能夠輕松、便捷地將采用 Matlab 等浮點(diǎn)運算工具開(kāi)發(fā)的算法移植到 DSP 中，而無(wú)需費力轉換為定點(diǎn)方式處理。借助 TI 新型 C66x DSP 的浮點(diǎn)計算能力，大多數轉換工作已顯得沒(méi)有任何必要。

對二進(jìn)制數字表示的回顧
包含 TI DSP 等在內的所有數字處理器均采用帶比特串（0 和 1 組成）的二進(jìn)制形式表示數字。數字表示精度取決于所使用的比特位數和表示格式兩個(gè)方面。

定點(diǎn)系統使用比特表示一個(gè)固定取值范圍，這些值既可以是整數，也可以是具有固定數量的整數及小數位的數字。動(dòng)態(tài)取值范圍因而顯得十分有限，而且超出設定范圍的值必須達到端點(diǎn)。

定點(diǎn)處理器通常采用每秒乘法計算次數表示其 16 位運算性能。為了充分利用處理器的處理能力（例如，為獲得其宣稱(chēng)的全部性能），為這些處理器開(kāi)發(fā)的算法不得不在一系列預先確定范圍的數字上進(jìn)行操作。在定點(diǎn)實(shí)施過(guò)程中無(wú)法高效執行難以預知范圍或變化幅度大的數據集。

浮點(diǎn)表示通過(guò)采用科學(xué)計數法來(lái)提供更廣的動(dòng)態(tài)范圍，從而可使用尾數（或叫有效數字）及指數進(jìn)行表示。C66x 內核可對 32 個(gè)比特位表示的數值實(shí)施單精度浮點(diǎn)運算，其采用的表示形式如下：(−1)5 × M × 2(N−127)，其中 S 表示符號位，M 表示尾數或有效數字位，而 N 則表示指數。S 只有一個(gè)比特位，N 有 8 個(gè)比特位，而 M 以 23 個(gè)比特位表示。 這樣，數字表示范圍為 2−127 − 2128，并具有 24 比特精度的有效位。相比而言，16 比特位的定點(diǎn)算法僅能表示 216 個(gè)數值（從 0 到 65535），故其內在數字表示的可變范圍要小很多。所以當數據集或工作在該數據集上的算法不可預知、動(dòng)態(tài)變化幅度很大的情況下，浮點(diǎn)數字表示法更受青睞。另外很重要的一點(diǎn)是，有效數字始終以‘1’作為第一個(gè)數字，因此其數值始終保持 24 位精度。

TI 如何創(chuàng )造性地在同一內核中同時(shí)集成浮點(diǎn)與定點(diǎn)技術(shù)
最新 C66x DSP 內核 —— 圖 1 顯示的 C64x+ DSP 是 TI 最新 C66x DSP 的前代產(chǎn)品。該內核由兩個(gè)對稱(chēng)的部分 (A B) 組成，每部分具有四個(gè)功能單元。一個(gè) .M 單元包含 4 個(gè) 16 位乘法器。

圖 1 － TI C64x+ DSP