DSP讲稿(C6K).doc

Chapter 1IntroductionWhy go digital?数字信号处理技术的功能十分强大，它所达到的处理性能和指标，往往是模拟处理技术难以达到的。例如：FIR filter with linear phase.Adaptive filters.chapter2 C6000的结构概述General DSP System Block Diagram一个DSP系统通常由CPU、内部存储器、外部存储器、片内外设，以及连接它们的内部和外部总线组成。为了提高对数字信号的处理速度，DSP处理器针对DSP的典型算法，在结构和功能模块等方面进行了优化。下面我们通过对C6000结构的研究，来了解DSP处理器的特点。Implementation of Sum of Products（SOP）在第一章中已经指出：积之和SOP是大多数DSP算法中的关键要素。下面我们通过编写实现级数计算的代码，来深入理解C6000的结构。Implementation of Sum of Products（SOP）该代码模块用汇编语言编写，其好处是汇编语言与处理器的结构密切相关，便于我们了解DSP的结构。从级数的计算公式看，实现该算法有两个基本的操作：（1） 乘法计算（2） 加法计算因此，要有两条基本指令：乘法指令和加法指令。Multiply（MPY）系数a1和采样值x1的乘法用下面汇编指令实现：MPYa1，x1，Y该指令的功能是：将a1和x1相乘，并将乘积送给Y。Multiply（.M unit）该指令由一个硬件乘法器单元完成，该单元称之为“.M”单元。所以，乘法指令更改为：MPY.Ma1，x1，Y16位乘16位的乘法器得到32位的结果。32位乘32位的乘法器得到64位的结果。Addition（.？）下面考虑加法操作：MPY.Ma1，x1，prodADD.?Y，prod，Y加法指令将前一条指令计算出的乘积prod，累加到Y中。这里要考虑一下加法指令是如何实现的？Addition（.L unit）C6000中有一个.L单元，加法指令就是通过该单元实现的。因此，代码要改为：MPY.Ma1，x1，prodADD.LY，prod，YRegister File-AC6000是RISC处理器，这类处理器用寄存器保存操作数，所以刚刚写的代码还要修改。用寄存器取代a1、x1、prod、Y。Specifying Register NamesC6000的CPU中有两组寄存器：A、B。每组寄存器由16个寄存器组成，每个寄存器的宽度是32比特。MPY.MA0，A1，A3ADD.LA4，A3，A4寄存器A0、A1、A3、A4包含了这两条指令要用的数值。Data Loading通过刚才讨论，我们看到：操作数是存放在寄存器中的。那么，如何将操作数加载到寄存器中去呢？Load Unit“.D”C6000CPU中有个.D单元，通过这个.D单元就可将操作数从数据存储器加载到寄存器中。值得注意的是：.D单元是访问数据存储器的唯一方法。Load Instruction下面要考虑的是：将操作数从数据存储器加载到寄存器中，应该用什么指令？其答案是加载指令。（LDB、LDH、LDW、LDDW）Using the Load Instructions在使用加载单元之前，必须要清楚处理器是按字节寻址的，也就是说：存储器中每个字节对应一个唯一的地址。地址的宽度是32位，可寻址范围：00000000FFFFFFFF。Using the Load Instructions加载指令的句法是：LD*Rn，Rm其中，Rn是一个寄存器，该寄存器中存放的是要加载操作数的地址，作为寄存器指针。Rm是目的寄存器。Using the Load Instructions现在的问题是：加载到目的寄存器中的数据宽度（位数）如何确定？Using the Load Instructions这可以通过选用不同的指令来完成。LDB：加载1个字节（8比特）LDH：加载半个字（16比特）LDW：加载1个字（32比特）LDDW：加载1个双字（64比特）注意：不存在LD指令。Using the Load Instructions例如：假设A5=0x4LDB*A5，A7；A7=0x00000001LDH*A5，A7；A7=0x00000201LDW*A5，A7；A7=0x04030201LDDW*A5，A7；A7=0x0807060504030201Using the Load Instructions请大家思考这样一个问题：如果只能通过加载指令和.D单元访问数据存储器，那么我们首先如何加载寄存器指针Rn呢？Loading the Pointer Rn指令MVKL可以将一个16位的常数移入到一个寄存器的低16位中。MVKL.？a，A5；a是一个常量或标号。一个完整的地址有32位，所以要将一个32位的地址移动到一个寄存器中，而所有的指令宽度为32位，所以不能进行一个32位的数据移动。Loading the Pointer Rn使用指令MVKH可以解决32位的数据移动问题。MVKH.?a，A5；将一个16位的常数移入到一个寄存器的高16位中。这样，使用下面代码就可以将32位的地址移到一个寄存器中：MVKL.?a，A5MVKH.?a，A5Loading the Pointer RnMVKL指令和MVKH指令的使用是有顺序的。请看下面两个例子。由于MVKL指令存在符号位扩展问题，所以要MVKL在前，MVKH在后。LDH，MVKL and MVKHpt1和pt2指向数据存储器中的存储单元，用MVKL和MVKH指令分别加载到A5和A6中。A5和A6所指的数据存储器单元内容用LDH指令分别加载到A0和A1中。Creating a loop在前面的讨论中，我们实现了Y=a1*x1的计算。但这只是SOP计算中的一个节点，我们还要通过循环操作实现N节点SOP计算。Creating a loop在C6000处理器中，没有专门的块重复指令。循环要用分支转移指令B实现。What are the steps for creating a loop1 创建一个要转移的目标地址的标号。2 添加一条分支转移指令B。3 创建一个循环计数器。4 添加一条将循环计数器减一的指令。5 根据循环计数器的值，建立分支转移的条件。1. Create a label to branch to：loop2. Add a branch instruction, B：B.？loopWhich unit is used by the B instruction?.S单元用于分支转移指令B和数据移动指令MVKL、MVKH。3. Create a loop counter：MVKL.Scount，B0；B0计数器后面介绍。4. Decrement the loop counter：SUB.SB0，1，B05. Make the branch conditional based on the value in the loop counter建立指令条件的方法是：在指令前面加上条件，这样原来的非条件指令就变成了条件指令。只有条件满足的情况下，该指令才能执行。conditionInstructionLabel例如：B1Bloop（1）条件可以是下列寄存器之一：A1、A2、B0、B1、B2（2）所有指令都可以变成条件指令。5. Make the branch conditional based on the value in the loop counter在条件前面加“!”号，可以使条件取反。！conditionInstructionLabel例如：！B0Bloop；如果B0=0，则转移到loopB0Bloop；如果B！=0，则转移到loop5. Make the branch conditional based on the value in the loop counterB0B.SloopMore on the Branch Instruction（1）C6000处理器的所有指令编码成32位。因此，分支转移指令B的目的地址要小于32位。实际上，32位B指令中，低21位是要跳转的相对地址。例1：B.S1label相对转移，偏移量+/- 220。More on the Branch Instruction（1）指定一个寄存器，而不使用标号，可以实现绝对转移。转移范围可达：232。此时，分支转移指令B的编码中，低5位指出存放要跳转的目标绝对地址的寄存器。例1：B.S2register绝对转移，仅由.S2单元实现。Testing the code该代码完成下面运算：a0*x0+a0*x0+a0*x0+.+a0*x0而我们希望完成下面计算：a0*x0+a1*x1+a2*x2+.+aN*xN问题在于：从数据存储器中取数据的过程中，没有修改数据指针，从而造成每次循环时取的是同一对数据。Modifying the pointer解决方法是修改指针A5和A6。下面讨论索引指针的方法。Indexing Pointer在寄存器R前面加“*”：*R。其含义是R做为指针，在使用过程中不被修改。R可以是任意一个寄存器。Indexing Pointer在寄存器R前面加“*+”，后面加“disp”：*+Rdisp。其含义是R做为指针，在使用前被修改，使用后恢复为原来的值。在寄存器R前面加“*-”，后面加“disp”：*-Rdisp。其含义是R做为指针，在使用前被修改，使用后恢复为原来的值。disp指明数据元素的大小：DW（64位）、W（32位）、H（16位）、B（8位）disp=R或5位的常量。R可以是任何一个寄存器。Indexing Pointer在寄存器R前面加“*+”，后面加“disp”：*+Rdisp。其含义是R做为指针，在使用前被修改，使用后不恢复为原来的值。在寄存器R前面加“*-”，后面加“disp”：*-Rdisp。其含义是R做为指针，在使用前被修改，使用后不恢复为原来的值。Indexing Pointer在寄存器R前面加“*”，后面加“+disp”：*R+disp。其含义是R做为指针，在使用前不修改，使用修改。在寄存器R前面加“*”，后面加“-disp”：*R-disp。其含义是R做为指针，在使用前不修改，使用后修改。disp指明数据元素的大小：DW（64位）、W（32位）、H（16位）、B（8位）disp=R或5位的常量。R可以是任何一个寄存器。Modifying and testing the code请观察右边的代码（*A5+、*A6+），现在该代码可以完成下面功能：a0*x0+a1*x1+a2*x2+.+aN*xNStore the final result注意右边程序最后一行：STH.DA4，*A7；但A7未初始化。注意右边程序的第5、6行：MVKL.Spt3，A7；MVKH.Spt3，A7这样，A7就被初始化了。What is the initial value of A4？A4被用做一个累加器，所以使用前要清零。注意右边程序：ZERO.LA4Increasing the processing power!还可以为这个处理增加处理能力，如何增加？（1）增加时钟频率。（2）增加处理单元的数量。To increase the Processing Power，this processor has two sides(A and B or 1 and 2)数据通道：指令执行过程中使用的物理资源统称为数据通道，其中包括执行指令的所有功能单元、寄存器组，以及与片内数据存储器交换信息所使用的数据总线等。数据通路：用来处理数据，有4个功能单元和1组寄存器。功能单元执行指令指定的操作，寄存器组作源操作数、目的操作数、累加器等使用。为提高处理能力，增加一组数据通路。A、B。相应的增加了4个功能单元、1组寄存器（two sides）。Can the two sides exchange operands in order to increase performance?两个寄存器组之间之间可否交换操作数？以提高性能？The answer is YES but there are limitations.在两个sides（寄存器组）之间交换操作数需要交叉路径。那么，什么是交叉路径？交叉路径就是一端的CPU与另一端CPU之间的通道。C6000有两类交叉路径：数据交叉路径和地址交叉路径。Data Cross Paths数据交叉路径也可称之为寄存器交叉路径。这些交叉路径可以使一端的操作数被另一端使用。有两个数据交叉路径：一条路径将数据从B端传送到A端，称之为1X。另一条路径将数据从A端传送到B端，称之为2X。TMS320C67X Data-Path介绍结构Data Cross Paths数据交叉路径只能用于.L、.S、.M单元。数据交叉路径非常重要，但在使用中会有一些限制。Data Cross Path Limitations（1）目标寄存器必须和处理单元在同一端。（2）每一端的每一个执行包最多只能有一条交叉路径。执行包：同时执行的指令组。例如：ADD.L1xA0，A1，B2MPY.M1xA0，B6，A9SUB.S1xA8，B2，A8/ADD.L1xA0，B0，A2/的意思是：SUB和ADD属于同一个读取包，因此可以同时执行。例如：ADD.L1xA0，A1，B2MPY.M1xA0，B6，A9SUB.S1xA8，B2，A8/ADD.L1xA0，B0，A2NOT ValideData Cross Paths for both sides解释图Address Cross Paths指针和目的寄存器必须在同一寄存器组中。参见指令举例。Load or store to either side只能对各自寄存器组加载和存储，而不能交叉存储，要仔细解释：地址和数据的关系。Standard Parallel Loads标准的并行加载和存储，解释并行加载和存储，解释指令的含义。Parallel Load/Store using address cross paths用地址交叉路径进行并行加载和存储。Not Allowed！Parallel accesses：both cross or neither cross要不都交叉，要不都不交叉。Conditions Dont Use Cross Paths如果一个条件寄存器来自对面的存储器组，则不使用数据交叉路径和地址交叉路径。例如：B2ADD.L1A2，A0，A4A1LDW.D2*B0，B5C62x Data-Path Summary进入到PDF文档中，浏览、介绍。C67x Data-Path SummaryCross Paths-Summary数据交叉路径：目的寄存器要与处理单元在同一通路中；源寄存器在每一通路的每个执行包中，最多有一个交叉路径；使用“x”指示交叉路径；地址交叉路径：指针必须与处理单元在同一通路中。两个数据通路可以分别传送数据。并行存取时：都交叉或都不交叉。条件指令不使用交叉路径（数据、地址）Code Review（using side A only）介绍代码Let us have a look at th