DSP的匯編程序優(yōu)化方法及實(shí)例分析

1　引言

　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)相對(duì)于模擬信號(hào)處理器有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高，靈活性大，可靠性好，易于大規(guī)模集成等方面。隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，數(shù)字信號(hào)處理器的功能越來越強(qiáng)大，對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)的研究重點(diǎn)又重新回到軟件算法上，而不再像過去那樣過多地考慮硬件的可實(shí)現(xiàn)性。隨著DSP運(yùn)算能力的不斷提高，能夠?qū)崟r(shí)處理的信號(hào)帶寬也大大增加，數(shù)字信號(hào)處理的研究重點(diǎn)也由最初的非實(shí)時(shí)性應(yīng)用轉(zhuǎn)向高速實(shí)時(shí)應(yīng)用。

　　目前大多數(shù)DSP雖然都支持C語(yǔ)言編程，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，最常用的方法是用C語(yǔ)言編寫流程控制。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)言來編寫。這是因?yàn)镃語(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(duì)系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)中有限的資源。特別是在硬實(shí)時(shí)性系統(tǒng)中，用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程可利用DSP自身硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)匯編程序進(jìn)行優(yōu)化與精簡(jiǎn)，往往能夠使一些復(fù)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的種類繁多.各類DSP都有其自身的硬件特點(diǎn)，而對(duì)DSP匯編程序進(jìn)行優(yōu)化的過程就是根據(jù)程序自身特點(diǎn)充分利用DSP硬件資源的過程。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(shù)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(duì)匯編程序進(jìn)行優(yōu)化的一般方法。希望能夠在對(duì)不同DSP匯編程序優(yōu)化的過程中提供一些思考方式上的切人點(diǎn)。為了易于說明,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)言編寫的。

　　2.1 加強(qiáng)程序并行

　　程序的并行是匯編優(yōu)化的關(guān)鍵。但是，在開始進(jìn)行任何優(yōu)化之前,必須了解從何處著手，首先了解瓶頸在何處。軟件的某些部分可能只執(zhí)行一次(初始化)或者只執(zhí)行少數(shù)幾次，費(fèi)盡心思優(yōu)化此部分代碼并非明智之舉，因?yàn)楂@得的整體節(jié)省效果是微乎其微。對(duì)程序的優(yōu)化應(yīng)將主要力量集中在最為費(fèi)時(shí)的部分。

　　(1) 循環(huán)展開達(dá)到并行

　　通過對(duì)大量DSP程序的研究.可以發(fā)現(xiàn)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(shù)、處理、儲(chǔ)存處理結(jié)果3個(gè)順序執(zhí)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(shù)才能處理。處理后才能存儲(chǔ)結(jié)果,這種時(shí)間上的相互依賴性為程序的并行帶來了非常大的困難。

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

　　例1是一段對(duì)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)過優(yōu)化;實(shí)例2是將其循環(huán)展開,2次循環(huán)過程合并為1次循環(huán)的代碼段(這里假設(shè)其每行像素個(gè)數(shù)為偶數(shù)，如果不為偶數(shù)只需在內(nèi)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，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(shù);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(shè)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(chǔ)處理結(jié)果生成新圖像*/

　　[j5+=1]=xr3;;

　　*內(nèi)循環(huán)結(jié)束*/

　　_Picture__Segment_Inner_Lcop_End：

　　if nlcle，jump_Picture_Segment_Inner_Loop(p);;

　　/*外循環(huán)結(jié)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(shù)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(chǔ)處理結(jié)果生成新圖像*/

　　[j5+=l]=xr3;;

　　/*循環(huán)擴(kuò)展部分*/