ARM Cortex-M的音頻性能解析

　　本節(jié)將探討ARM低功耗高性能微控制器Cortex-M3內(nèi)核的功能，然后討論Cortex-M系列的最新處理器內(nèi)核M4的功能。Cortex-M系列內(nèi)核的功能及示例指令和循環(huán)如表2所列。

　　Cortex-M3功能：采用高精度MAC單元，可提供最高32位乘以32位數(shù)據(jù)的乘法精度，得出64位累加結(jié)果。其他有利功能包括DSP指令、范數(shù)計算輔助指令、分支推測、因Thumb-2的高代碼密度以及硬件除法指令。這些功能都有利于音頻處理。

　　Cortex-M4功能：Cortex-M4內(nèi)核是Cortex-M3的升級產(chǎn)品，除了繼承全部現(xiàn)有功能外，還增加了單循環(huán)MAC單元和浮點單元(FPU)等額外功能。MAC單元只需要1個循環(huán)，即使對于最高精度運算也是如此，將32位乘以32位，得出64位累加結(jié)果。增加了具有SIMD功能的DSP指令和高精度MAC單元等新功能，Cortex-M4就是一種具有DSP功能的微控制器，即數(shù)字信號控制器(DSC)。這些功能對于音頻處理非常有利，因為需要高精度來保持透澈的音質(zhì)。

　　表2：Cortex-M3和Cortex-M4功能、指令及循環(huán)示例。

　　音頻處理傳統(tǒng)上在數(shù)字信號處理器(DSP)上實施，而由通用處理器(GPP)負責(zé)系統(tǒng)相關(guān)的功能。隨著Cortex-M系列的問世，由于這些處理器完全適合音頻處理應(yīng)用，音頻可在這些內(nèi)核上獲得高效實施而無需DSP。

　　音頻模塊代碼示例

　　現(xiàn)在，我們將展示一些不同音頻處理部件(音頻解碼器、編碼器、后處理及通用信號處理等)的例程的代碼示例。代碼段內(nèi)用粗體字表示的指令是最新引入Cortex-M4的。每條指令的循環(huán)次數(shù)在括號中給出。表格概述了每個示例所用的總循環(huán)、所需的指令數(shù)及所用的寄存器。

　　窗口重疊加法模塊

　　重疊加法窗口化是大多數(shù)音頻解碼器采用的典型模塊。它以MAC運算為主，屬于計算密集型。圖4所示為此模塊的運算處理流程。此例的實施方案在等式1中給出。

　　圖4：窗口重疊加法模塊圖。

　　等式1：窗口重疊加法模塊。

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