DSP的匯編程序優(yōu)化

　　1　引言

　　數字信號處理器(DSP)相對于模擬信號處理器有很大的優(yōu)越性，表現在精度高，靈活性大，可靠性好，易于大規模集成等方面。隨著(zhù)半導體制造工藝的發(fā)展和計算機體系結構的改進(jìn)，數字信號處理器的功能越來(lái)越強大，對信號處理系統的研究重點(diǎn)又重新回到軟件算法上，而不再像過(guò)去那樣過(guò)多地考慮硬件的可實(shí)現性。隨著(zhù)DSP運算能力的不斷提高，能夠實(shí)時(shí)處理的信號帶寬也大大增加，數字信號處理的研究重點(diǎn)也由最初的非實(shí)時(shí)性應用轉向高速實(shí)時(shí)應用。

　　目前大多數DSP雖然都支持C語(yǔ)言編程，但是在實(shí)際工程應用中，最常用的方法是用C語(yǔ)言編寫(xiě)流程控制。搭建工程框架，具體的算法模塊及比較耗時(shí)的功能模塊還是采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。這是因為C語(yǔ)言雖然具有易讀性、可移植性等優(yōu)點(diǎn)，但是它不便于對系統硬件資源的直接控制，無(wú)法發(fā)揮DSP自身的特點(diǎn)，無(wú)法充分利用DSP系統結構中有限的資源。特別是在硬實(shí)時(shí)性系統中，用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程可利用DSP自身硬件結構的特點(diǎn)對匯編程序進(jìn)行優(yōu)化與精簡(jiǎn)，往往能夠使一些復雜的算法和功能模塊在實(shí)時(shí)性方面取得非常好的效果。

　　2　匯編程序優(yōu)化

　　DSP的種類(lèi)繁多.各類(lèi)DSP都有其自身的硬件特點(diǎn)，而對DSP匯編程序進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程就是根據程序自身特點(diǎn)充分利用DSP硬件資源的過(guò)程。因此，具體到不同的器件.其優(yōu)化方式也不盡相同。目前比較流行的大多數DSF，都支持程序并行和軟件流水，本文從這二方面出發(fā),概括歸納出對匯編程序進(jìn)行優(yōu)化的一般方法。希望能夠在對不同DSP匯編程序優(yōu)化的過(guò)程中提供一些思考方式上的切人點(diǎn)。為了易于說(shuō)明,筆者提供了一些實(shí)例，這些例子均是用AD公司TSl01系列電路的匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的。

　　2.1 加強程序并行

　　程序的并行是匯編優(yōu)化的關(guān)鍵。但是，在開(kāi)始進(jìn)行任何優(yōu)化之前,必須了解從何處著(zhù)手，首先了解瓶頸在何處。軟件的某些部分可能只執行一次(初始化)或者只執行少數幾次，費盡心思優(yōu)化此部分代碼并非明智之舉，因為獲得的整體節省效果是微乎其微。對程序的優(yōu)化應將主要力量集中在最為費時(shí)的部分。

　　(1) 循環(huán)展開(kāi)達到并行

　　通過(guò)對大量DSP程序的研究.可以發(fā)現整個(gè)程序比較耗時(shí)的部分往往是在1個(gè)或幾個(gè)大的循環(huán)中。這些循環(huán)部分又往往可分為取數、處理、儲存處理結果3個(gè)順序執行的步驟，這3個(gè)步驟有明顯的時(shí)間先后關(guān)系.只有取了數才能處理。處理后才能存儲結果,這種時(shí)間上的相互依賴(lài)性為程序的并行帶來(lái)了非常大的困難。

　　循環(huán)展開(kāi)是最常用的一種優(yōu)化技巧。1次循環(huán)處理過(guò)程中的各語(yǔ)句是具有很強的時(shí)間先后順序的,但是在連續2次循環(huán)過(guò)程中的各種語(yǔ)句卻是相互獨立的,它們是以相同的語(yǔ)句處理不同的數據。因此可以采用將循環(huán)次數減半,每2次(也可以是3次、4次等,應根據具體情況來(lái)確定，同時(shí)循環(huán)次數要做相應改變)循環(huán)合并為1次循環(huán)過(guò)程的方法來(lái)使程序并行,提高效率。

　　例1是一段對圖像進(jìn)行二值化的代碼的主要部分.是一段2次的循環(huán),并未經(jīng)過(guò)優(yōu)化;實(shí)例2是將其循環(huán)展開(kāi),2次循環(huán)過(guò)程合并為1次循環(huán)的代碼段(這里假設其每行像素個(gè)數為偶數，如果不為偶數只需在內循環(huán)外額外處理一個(gè)像素即可);實(shí)例3是循環(huán)展開(kāi)并進(jìn)行優(yōu)化精簡(jiǎn)后的代碼段。這3段代碼均用TSl01的匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，其中j4指向待處理的圖像;i5指向處理后的圖像;xrO、xrl分別為圖像行、列個(gè)數;xr2為二值化的閾值，像素灰度值大于或等于該值的使其等于該值，而像素灰度值小于該值的設為零。

　　實(shí)例1：

　　lcO=xr0;;

　　_Picture_Segment_Outter_Loop：

　　lcl=xrl：：

　　_Picture_Segment_Inner_Loop：

　　/*取圖像各像素點(diǎn)*/

　　xr3=[j4+=l];;

　　/*像素灰度值與閾值比較，大于或等于閾值的

　　令其等于閾值，小于閩值的置為零*/

　　xcomp(r3，r2);;

　　tf xalt;d0，xr3：0;;

　　if nxalt;d0，xr3=xr2;;

　　/*存儲處理結果生成新圖像*/

　　[j5+=1]=xr3;;

　　*內循環(huán)結束*/

　　_Picture__Segment_Inner_Lcop_End：

　　if nlcle，jump_Picture_Segment_Inner_Loop(p);;

　　/*外循環(huán)結束*/

　　_Picture_Segment_Outter_L,cop_End：

　　if nlcOe,jump_Picture_Segment_Outter_Loop(p);;

　　實(shí)例2：

　　lcO=xrO;;

　　/*將循環(huán)數減半*/

　　xrl=lshift r0 by—l;;

　　_Picture Segment_Outter_Loop：

　　1cl=xrl：：

　　_Picture Segment Inner Loop：

　　/*取圖像各像素點(diǎn)*/

　　xr3=[j4+=1];;

　　/*像素灰度值與闞值比較，大于或等于閾

　　值的令其等于閾值.小于閾值的置為零*/

　　xcomp(r3，r2);;

　　if xah;do，xr3=0;;

　　if nxah;do，xr3=xr2;;

　　/*存儲處理結果生成新圖像*/

　　[j5+=l]=xr3;;

　　/*循環(huán)擴展部分*/