連續實(shí)時(shí)信號處理器的性能分析
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１ 處理器概況
ＡＤ公司的ＴigerSHARC DSP(ADSP-TS101S)和摩托羅位公司PowerPC系列處理器代表了獲得高性能計算能力的不同結構和方法。ＴigerSHARC代表ＤＳＰ的傳統做法，它具有低開(kāi)銷(xiāo)、確定性和ＤＭＡ引擎等特點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)用于開(kāi)發(fā)嵌入式實(shí)時(shí)應用系統，例如雷達、聲納、無(wú)線(xiàn)通信和圖像處理。相反，ＰowerPC是一種ＲＩＳＣ處理器，用于開(kāi)發(fā)副蘋(píng)果計算機最高性能的Ｇ４工作站；具有很高的時(shí)鐘頻率以及強大的ＡltiVec矢量處理引擎，在一些嵌入式信號處理應用方面也取得了很大的成功。
很明顯，具有ＡltiVec核的ＰowerPC G4(74xx)具有較高的核時(shí)鐘速率與性能。PowerPC的核時(shí)
相反，ＴigerSHARC有兩個(gè)獨立的３２閏處理器核，或稱(chēng)MIMD（多指令多數據）結構。每個(gè)計算單元每周期能執行一次乘法以及和差分運算，對于300MHz ADSP-TS101S每周期完成６次浮點(diǎn)運算或1800MFLOPS峰值運算能力。當執行１６位數據運算時(shí)，TigerSHARC可以利用它的超標量體系結構，分離兩個(gè)獨立３２位計算單元成２個(gè)單獨的１６位SIMD單元，這樣每個(gè)操作在兩個(gè)數據單元，每個(gè)周期可以增加超過(guò)１２次的操作。另外，TigerSHARC有另外兩個(gè)專(zhuān)門(mén)的１６位整數引擎，每個(gè)周期可以增加超過(guò)１２次的操作，這樣每個(gè)周期共計２４次整數運算，7200MOPS。
２?。桑蠋捙c處理能力的比值
在許多信號處理的應用中，受限于數據流而不是處理能力，因此理解處理器Ｉ／Ｏ能力以及與處理器內核的數據交換的性能十分重要。衡量的尺度是Ｉ／Ｏ帶寬與處理率之比（ＢＰＲ），即處理器峰值Ｉ／Ｏ帶寬（ＭＢ/s）除以峰值處理能力（ＭＦＬＯＰＳ）。１Ｂ／ＦＬＯＰ的ＢＰＲ指示它是一個(gè)比較平衡的連續信號處理結構，意味著(zhù)處理器對每個(gè)浮點(diǎn)操作能完成１Ｂ數據傳輸。一個(gè)處理器的ＢＰＲ明顯高于或低于１Ｂ／ＦＬＯＰ，表示這種結構比連續信號處理器更適合數據流搬移或后向數據處理。
圖１所示為ＰowerPC處理器節點(diǎn)方框圖。從圖中可以看出所有處理器Ｉ／Ｏ的訪(fǎng)問(wèn)必須通過(guò)ＭＰＣ和控制器／橋芯片之間的６４位，１２８ＭＨz(對于ＭＰＣ７４５５為１３３ＭＨｚ)系統總線(xiàn)。對于ＭＰＣ７４１０任何一個(gè)處理器的最高Ｉ／Ｏ帶寬是１０００ＭＢ／s,對ＭＰＣ７４５５的最高Ｉ／Ｏ帶寬是１０６４?。停?s。
然而由于Ａltivec很強大，這種適宜的高帶寬不一定總能跟上核的速度。當MPC7455執行8000MFLOPS時(shí)，數據搬移的速度僅為1064MB/s。BPR值只有０.13，說(shuō)明這種結構的I/O帶寬和處理能力是不平衡的。因此，PowerPC對塊處理是有效的（比如具有高的計算和相對低的數據流動(dòng)），但對連續的、高數據流動(dòng)、較少計算的連續信號處理，是低效率的。
TigerSHARC是為多處理器設計的，而且提供了６４位、100MHz共享系統總線(xiàn)以及４個(gè)８位，250MHz的Link口作I/O和處理器之間的數據通信，簇總線(xiàn)的搬移數據速率為800MB/s。數據還可以通過(guò)Ｌink口以50MB/s速度進(jìn)行傳送，每個(gè)TigerSHRC提供總的I/O帶寬可達1800MB/s。TigerSHARC的ＢＰＲ是0.1，表明對連續的信號處理是平衡的優(yōu)化結構。
３ 信號處理能力—cFFT
１０２４點(diǎn)復數FFT(cFFT)是評價(jià)信號處理性能使用最廣泛的基準。原因如下：第一，清晰而且容易易化；第二，在大多數應用中，它是最普遍使用的信號處理函數；第三，cFFT可以評估處理器的數據處理能力和處理速度。
值得注意的是，由于ＰwerPC的速度和性能，在計算１０２４點(diǎn)cFFT有明顯優(yōu)越性；然而TigerSHARC是為DSP裁剪定制的，在執行信號處理算法時(shí)會(huì )更加有效。這是由于芯片具有極好的數據搬移的能力、平衡以及單周期執行蝶形運算能力（乘法、加法、差分）。AltiVec核比TigerSHARC核快3.3倍，潛在處理速率是TIgerSHARC的4.4倍，然而它執行一個(gè)１０２４點(diǎn)cFFT僅比TIgerSHARC快2.5倍。TigerSHARC在９７５０周期可以完成CFFT運算，而PowerPC必須用１３０００個(gè)周期，因此，在執行一個(gè)１０２４點(diǎn)CFFT時(shí)，TigerSHARC的計算效率比PowerPC高３３％。換句話(huà)說(shuō)，如果以相同的時(shí)鐘頻率運行，TIgerSHARC會(huì )超過(guò)PowerPC?。常常?。隨著(zhù)TigerSHARC時(shí)鐘速率繼續提升，考慮成本和功耗等問(wèn)題，當它執行FFT信號處理應用時(shí)，它的能力要顯明超過(guò)AltiVec。
４ 連續的cFFT
評價(jià)處理器能力時(shí)，通?？紤]它的處理能力、Ｉ／Ｏ帶寬，甚至算法的執行，但遺憾的是這些評估沒(méi)有一個(gè)能真實(shí)反映實(shí)際應用。實(shí)際應用時(shí)，這些因素往往相互影響。數據必須按所希望的那樣同時(shí)輸入、處理、輸出。每個(gè)１０２４點(diǎn)cFFT需要８ＫＢ數據輸入（１０２４個(gè)樣本
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