2020年TMS320C54X和ADSP218X性能比较论文

1、TMS320C54x和 ADSP218x性能比较论文从 1982 年第一片数字信号处理器（ Digital Signal Processor,DSP ）TMS320C10产生以来，经过二十年的发展， DSP以其卓越的性能、独有的特点，已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。业内人干预言， DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将 _ 变革人们的作、学习和生活方式。DSP689具有两种算术结构：定点和浮点。从理论上讲，虽然浮点 DSP的动态范围比定点DSP大，且更适合于 DSP的应用场合，但定点运算的 DSP器件的成本较低， 对存储器的要求也

2、较低， 而且耦电较省。定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产品。 据统计，目前销售的 DSP器件中的 80%以上属于 16 位定点可编程 DSP器件。其中， TI 公司的 TMS320C54X系列和 ADI 公司的 ADSP-218X系列是目前广泛使用的主流定点DSP芯片。下面就以它们为研究对象，结合Geffe 发生器 7 和 MD5算法的实现，对其性能进行分析比较。由于TI 的 TMS320VC5402和 ADI 的 ADSP-2186N是使用较多的两款，硬件性能指标又相近， 有很好的可比性， 所以编程实现时选择它们为具体芯片。虽然两款 DSP芯片都提供 C编译器，但是因为效率都不高，

3、这里我们就不作讨论。下面的论述都是基于直接用汇编语言编程的。先简单介绍一眄两个算法。 Geffe 发生器是一种密钥序列发生器，它利用线性反馈移位寄存器（ Linear Feedback Shift Register,LFSR ）产生序列密码。 Geffe 发生器使用了三个 LFSR，它们以非线性方式结合，其中两个 LFSR作为复合器的输入，第三个 LFSR 控制复合器的输出。因为运算量很大，所以 LFSR用软件实现起来比较慢，但是用汇编语言实现比用 C语言实现快。MD5 （MD，即 Message Digest ）是一个单向散列函数，它对输入消息产生 128 位散列值（或消息摘要）。该算法需要

4、进行大量的移位和逻辑操作，用 DSP实现比较方便。2.1硬件结构 145TMS320C54X 系列采用改进的Harvard 结构体系，有一组程序总线和三组数据总线、高度并行性的算术逻辑单元ALU、乘法 / 累加器MAC、桶形移位器、缓冲串口、专用硬件逻辑、片内存储器、片内外设和高度专业化的指令集等等。支持 32 位长操作数指令，支持并行存储和并行装入的算术指令。ADSP-218X 系列借装了 TMS320X系列的优缺点，重新设计。它也是采用改进的 Harvard 结构体系。 ALUMAC、桶形移位器这三个独立的运算部件均可以单周期操作。还有丰富的双缓冲串口、中断（分外中断和内中断）等。在 TM

5、S320C54x系列中，程序存储区和数据存储区是混在一起的， 而 ADSP-218X系列从物理上就将两者分开， 这就使多功能指令操作显得非常方便。因此， ADSP-218X系列程序实现更有高效性。两款芯片主要技术指标的比较如表1 所示。比较项目 MIPSCycle Time/nsRAM/千字 TMS320C54X3053233.3 1.885 640ADSP-218X33803012.58 1042.2程序编程 2346下面分别用 TMS320VC5402和 ADSP-2186N实现 Geffe 发生器和MD5算法，以此来比较两款芯片在编程过程中的优劣。其中，Geffe发生器产生 96 字的序

6、列， MD5处理的消息长 63 个字。2.2.1指令系统概述ADSP-2186N 指令系统使用代数符号来表示算术运算和数据传送，源代码具有较高的可读性， 且不会损坏运行特性。 它的指令系统很精简，程序员可以快速掌握。 ADSP-2186N的编程方式和高级语言类似，如果用户有高级语言编程的经验，上手较快。TMS320VC5402 指令系统很丰富，灵活多变，虽然使用时很方便，但是完全掌握却有一定的困难， 这对程序员来说是个不小的难题。 它的指令系统有传统的助记符和代数符号两种方式， 程序员可以根据所好任选一种。助记符方式对于习惯了汇编语言的开者易于接受， 代数符号方式则表达简洁、 较为直观、易于理

7、解。但是，合作完成项目时，往往会由于不同的程序员选择不同的格式而造成麻烦。 解决的方法有两个，一是使用 TI 提供的转换工具，另一是只将两者的 obj 文件链接调试，但调试时有些方便。另外，两者的编译环境也有差别。相比较而言， ADSP-2186N的界面要友好一些，它和 VC+非常相像，很方便。2.2.2指令的“单周期性”ADSP-2186N 的每条程序语言都汇编成仅需一个执行周期的 24 位指令机器码。 它完全在并行处理方式下工作， 所有的指令都是真正的单周期指令。 除了访问慢速的外部存储设备， 或者外部存储器出现控制权竞争而需要附加周期的情况外， 任何指令的运行一般仅需一个周期。由于它的指

8、令系统没什么“禁忌”，所以程序员大可像编写高级语言程序一样， 只需要考虑算法如何实现， 至于编程过程就可以不太注意。可是，TMS320VC5402的指令系统却不是这样。 TMS320VC5402的各个单元是基于流水线方式的结构，指令按流水线方式工作。它的大多数指令在单独执行时并不能在一个周期内完成，只是在流水线方式下工作或重复操作的， 才可以做到平均每一个周期执行一条指令。因此，在它的指令系统中，不仅有不少的指令需要多个执行周期，而且由于“时延”的原因，如果处理的不好，还会出现额外的附加周期。 因此为了保证每条指令准确执行， 有时就不得不把程序打乱，就是说，相关联的几条语句要分散插入别的地方。

9、程序的模块化遭到损害，显得杂乱无章，大大影响了可读性。如下面语句中的句 1、句 2、句 3、句 4（选自 Geffe 发生器）是我们实际应用的形式 （指令用代数符号格式， 下面如果不特别指出，均为这要您）。m_seq_ll:；标号b=a & #1 ;句 1if(aeq)goto m_seq_12 ;句 2，if a=0,goto m_seq_12a=a>>1 ;句 3if(beq)goto m_seq_11 ;句 4，if b=0,goto m_seq_11m_seq_12:但是，它们正常语序则应该为m_seq_11: ;标号a=a>>1；句 3（若这样， a

10、的初始值随之改变）if(aeq)goto m_seq_12 ;句 2，if a=0,goto m_seq_12b=a & #1 ;句 1if(beq)goto m_seq_11；句 4，if b=0,goto m_seq_l1m_seq_l2：不过，若以正常语序执行if语句时， a、b 的值会因为时延不够，来不及改变而导致程序出错。为避免这种情况，要么在句3 和句2 以及句 1 和句 4 之间分别加上若干个空操作（nop），这样就会影响速度；要么调整它们的顺序，如实际应用中的句1、句 2、句 3、句 4. 有时候，语句顺序实在无法调整，就不得不加上一些空操作。尤其是循环的主体部分， 往

11、往一条语句处理的不好， 就会导致整个程序多运行成千上万条指令。因此， TMS320C54系列编程对程序员的要求较高，必须非常熟悉指令系统，才可以得到高效的程序。2.2.3对数组的循环操作关于对数组进行循环操作，两者平分秋色。它们都支持寄存器地址自动加减。只不过ADSP-2186N的调试界面看上去更直观些。2.2.4对 32 位长操作数操作ADSP-2186N不支持 32 位操作，如果需要的话，必须多条指令共同完成。而 TMS320VC5402经过简单的设置，就可以直接进行一些32 位操作。例如， MD5算法中 4 轮主循环都需要大量的 32 位逻辑运算及加法操作。表 2 示出“与”运算和加法的

12、实例，显然，用 TMS320VC-2186N 实现时，必须将 32 位分为高 16 位和 16 位分别操作，最后再整合。这也是为什么在实现 MD5算法时，用 ADSP-2186N实现不如TMS320VC5402有效的主要原因。实现 32 位与运算实现 32 位加法运算 TMS320VC5402实现a=db1(*ar2);b=b & a;b=b+db1(*ar1);b=db1(*ar3);ADSP-2186N实现ay0=DM(i0,m1);ar=ax0 and ay0,ay1=DM(i0,m1);sr0=ar;sr1=ar;ay0=DM(i0,m1);AR=AX0+AY0,ay1=DM(

13、i0,m1);AR=AX1+AY1+C,AX0=AR;AR;AX1=AR;另外，两者在编程时还有一些不同，例如， TMS320VC5402有标号必须顶格写等要求。总的来说， TMS320VC5402指令系统中有不少的“禁忌”，需要经验积累才可以发现，这就给编程者带来了不便。两款 DSP芯片实现 Geffe 发生器和 MD5算法的具体结果如表3 所示。比较项目程序大小 / 字需要指令周期数需要时间/ sGeffe 发生器 TMS320VC5402ADSP-2186N252188444,816268,2994,448.163,353.74MD5算法 TMS320VC5402ADSP-2186N90

14、03,00934.0037.61可以看出，实现 Geffe 发生器时， ADSP-2186N较快，主要是因为其指令系统的单周期性；实现 MD5算法时， TMS320VC5402稍快，主要原因是它支持 32 位操作。2.3其它总而言之，从技术上看， ADSP-218X系列稍占优势。但目前的实际情况是： 1999 年 TI 占有全球 DSP市场 48%的份额，市场排名第一。 2000 年其市场占有率也是第二名的两倍多。尤其在中国，高层占有率在 80%左右。主要原因如下：第一是价格。性能相近的芯片， TI 比 ADI 要便宜很多。如TMS320VC5402的单片价格为 $5.66 ，ADSP-2186N的单片价格则为$8.50 。从性价比看， TI 占优势。从产品效益看，如果大指生产，显然 TI 的芯片实惠。第二是服务。这里指的是指生产商提供的服务。 TI 公司有非常完善的服务体系，从产品宣传到课程培训，非常齐全。 ADI 公司这方面略有不足。第三是第三方服务。 市场上支持 TI 芯片的第三方服务要比支持 ADI 的多，这也是由于 TI 芯片的市场占有率高的缘故。反过来，大量支持 TI 芯片的第三方服务， 又保证了 TI 芯片的市场占有率。 两者是相辅相成的关系。第四是继承性。 DSP芯片有其特殊性，不同公司的芯片，其编程方式差异很大。因此，程序员一旦