TI 全新TMS320C66x 定點與浮點DSP內(nèi)核成功挑戰(zhàn)速度極限

德州儀器 (TI) 全新 TMS320C66x 數(shù)字信號處理器 (DSP) 內(nèi)核不僅為屢獲殊榮的 C64x+™ 指令集架構(gòu) (ISA) 帶來了顯著的性能提升，同時還在同一處理內(nèi)核中高度集成了針對浮點運算的支持。浮點處理技術(shù)首次能夠用于傳統(tǒng)上僅能滿足定點處理運行速度要求的處理器中。該 C66x DSP 的 ISA 同時支持單精度和雙精度浮點操作，并全面兼容 IEEE 754 標準。這一完美組合造就了無與倫比的DSP，能夠在完全無損定點或浮點功能的情況下將浮點優(yōu)勢引入高速嵌入式架構(gòu)中。與其它很多可提供浮點協(xié)作單元的嵌入式處理器不同，TI 最新 C66x DSP 內(nèi)核直接將浮點指令集嵌入到C64x 定點指令集中。在C66x CPU上，用戶可以選擇逐條執(zhí)行浮點、定點指令，因為在 C66x 中浮點與定點運算能力已經(jīng)被完全集成在一起。正是由于這樣，到底使用定點 DSP 還是浮點 DSP 已不再是設(shè)計上的挑戰(zhàn)，因為 C66x DSP 做到了雙全其美。

在同一 DSP 內(nèi)核中集成定點與浮點功能將使嵌入式系統(tǒng)算法的開發(fā)與部署方式發(fā)生根本性變革。這聽起來似乎有點夸大其辭，不過事實的確如此。在定點數(shù)字系統(tǒng)中實施算法所付51系列串口通訊例程出的艱辛是不可估量的。但充分滿足對速度的需求又使這一工作勢在必行，因為到目前為止市面上還沒有任何可供使用的快速浮點DSP。我們能夠輕松、便捷地將采用 Matlab 等浮點運算工具開發(fā)的算法移植到 DSP 中，而無需費力轉(zhuǎn)換為定點方式處理。借助 TI 新型 C66x DSP 的浮點計算能力，大多數(shù)轉(zhuǎn)換工作已顯得沒有任何必要。

對二進制數(shù)字表示的回顧
包含 TI DSP 等在內(nèi)的所有數(shù)字處理器均采用帶比特串（0 和 1 組成）的二進制形式表示數(shù)字。數(shù)字表示精度取決于所使用的比特位數(shù)和表示格式兩個方面。

定點系統(tǒng)使用比特表示一個固定取值范圍，這些值既可以是整數(shù)，也可以是具有固定數(shù)量的整數(shù)及小數(shù)位的數(shù)字。動態(tài)取值范圍因而顯得十分有限，而且超出設(shè)定范圍的值必須達到端點。

定點處理器通常采用每秒乘法計算次數(shù)表示其 16 位運算性能。為了充分利用處理器的處理能力（例如，為獲得其宣稱的全部性能），為這些處理器開發(fā)的算法不得不在一系列預(yù)先確定范圍的數(shù)字上進行操作。在定點實施過程中無法高效執(zhí)行難以預(yù)知范圍或變化幅度大的數(shù)據(jù)集。

浮點表示通過采用科學(xué)計數(shù)法來提供更廣的動態(tài)范圍，從而可使用尾數(shù)（或叫有效數(shù)字）及指數(shù)進行表示。C66x 內(nèi)核可對 32 個比特位表示的數(shù)值實施單精度浮點運算，其采用的表示形式如下：(−1)5 × M × 2(N−127)，其中 S 表示符號位，M 表示尾數(shù)或有效數(shù)字位，而 N 則表示指數(shù)。S 只有一個比特位，N 有 8 個比特位，而 M 以 23 個比特位表示。 這樣，數(shù)字表示范圍為 2−127 − 2128，并具有 24 比特精度的有效位。相比而言，16 比特位的定點算法僅能表示 216 個數(shù)值（從 0 到 65535），故其內(nèi)在數(shù)字表示的可變范圍要小很多。所以當數(shù)據(jù)集或工作在該數(shù)據(jù)集上的算法不可預(yù)知、動態(tài)變化幅度很大的情況下，浮點數(shù)字表示法更受青睞。另外很重要的一點是，有效數(shù)字始終以‘1’作為第一個數(shù)字，因此其數(shù)值始終保持 24 位精度。

TI 如何創(chuàng)造性地在同一內(nèi)核中同時集成浮點與定點技術(shù)
最新 C66x DSP 內(nèi)核 —— 圖 1 顯示的 C64x+ DSP 是 TI 最新 C66x DSP 的前代產(chǎn)品。該內(nèi)核由兩個對稱的部分 (A B) 組成，每部分具有四個功能單元。一個 .M 單元包含 4 個 16 位乘法器。

圖 1 － TI C64x+ DSP