充分利用數(shù)字信號(hào)處理器上的片內(nèi)FIR和IIR硬件加速器

數(shù)據(jù)流水線

●   內(nèi)核和加速器之間的數(shù)據(jù)流可進(jìn)行流水線處理，使二者能夠在不同數(shù)據(jù)幀上并行處理。

●   u 如圖3所示，內(nèi)核處理第N個(gè)幀，然后啟動(dòng)加速器對(duì)該幀進(jìn)行處理。內(nèi)核隨后繼續(xù)進(jìn)一步并行處理加速器在上一迭代中產(chǎn)生的第N-1幀的輸出。該序列允許將FIR和/或IIR處理任務(wù)完全轉(zhuǎn)移給加速器，但輸出會(huì)有一些延遲。

●    u 流水線級(jí)以及輸出延遲都可能會(huì)增加，具體取決于完整處理鏈中此類FIR和/或IIR處理級(jí)的數(shù)量。

圖3說明了音頻數(shù)據(jù)幀如何在不同加速器使用模型的三個(gè)階段之間傳輸---DMA IN、內(nèi)核/加速器處理和DMA OUT。它還顯示了通過采用不同的加速器使用模型將FIR/IIR全部或部分處理轉(zhuǎn)移到加速器上，與僅使用內(nèi)核模型相比，內(nèi)核空閑周期如何增加。

圖3.加速器使用模型比較

SHARC處理器上的FIRA和IIRA

以下ADI SHARC^?處理器系列支持片內(nèi)FIRA和IIRA（從舊到新）。

●    ADSP-214xx  (例如， ADSP-21489  )

●    ADSP-SC58x

●    ADSP-SC57x/ADSP-2157x

●    ADSP-2156x

這些處理器系列：

●   計(jì)算速度不同

●   基本編程模型保持不變，ADSP-2156x處理器上的自動(dòng)配置模式(ACM)除外。

●   FIRA有四個(gè)MAC單元，而IIRA只有一個(gè)MAC單元。

ADSP-2156x處理器上的FIRA/IIRA改進(jìn)

ADSP-2156x是SHARC處理器系列中的最新的產(chǎn)品。它是第一款單核1 GHz SHARC處理器，其FIRA和IIRA也可在1 GHz下運(yùn)行。ADSP-2156x處理器上的FIRA和IIRA與其前代ADSP-SC58x/ADSP-SC57x處理器相比，具有多項(xiàng)改進(jìn)。

性能改進(jìn)

●   計(jì)算速度提高了8倍（從SCLK-125 MHz至CCLK-1 GHz）。

●   由于內(nèi)核和加速器借助專用內(nèi)核結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了更緊密的集成，因此減少了內(nèi)核和加速器之間的數(shù)據(jù)和MMR訪問延遲。

功能改進(jìn)

添加了ACM支持，以盡量減少進(jìn)行加速器處理所需的內(nèi)核干預(yù)。此模式主要具有以下新特性：

●   允許加速器暫停以進(jìn)行動(dòng)態(tài)任務(wù)排隊(duì)。

●   無通道數(shù)限制。

●   支持觸發(fā)生成（主器件）和觸發(fā)等待（從器件）。

●   為每個(gè)通道生成選擇性中斷。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在本節(jié)中，我們將討論在ADSP-2156x評(píng)估板上，借助不同的加速器使用模型實(shí)施兩個(gè)實(shí)時(shí)多通道FIR/IIR用例的結(jié)果。

圖4.用例1方框圖

用例1

圖4顯示用例1的方框圖。采樣率為48 kHz，模塊大小為256個(gè)采樣點(diǎn)，拆分任務(wù)模型中使用的內(nèi)核與加速器通道比為5:7。

表1顯示測得的內(nèi)核和FIRA MIPS數(shù)量，以及與僅使用內(nèi)核模型相比獲得的節(jié)約內(nèi)核MIPS結(jié)果。表中還顯示了相應(yīng)使用模型增加的額外輸出延遲。正如我們所看到的，使用加速器配合數(shù)據(jù)流水線使用模型，可節(jié)約高達(dá)335內(nèi)核MIPS，但導(dǎo)致1塊(5.33 ms)的輸出延遲。直接替代和拆分任務(wù)使用模型也分別可節(jié)約98 MIPS和189 MIPS，而且未導(dǎo)致任何額外的輸出延遲。

用例2

圖5顯示用例2的方框圖。采樣率為48 kHz，模塊大小為128個(gè)采樣點(diǎn)，拆分任務(wù)模型中使用的內(nèi)核與加速器通道比為1:1。

與表1一樣，表2也顯示了此用例的結(jié)果。正如我們所看到的，使用加速器配合數(shù)據(jù)流水線使用模型，可節(jié)約高達(dá)490內(nèi)核MIPS，但導(dǎo)致1模塊(2.67 ms)的輸出延遲。拆分任務(wù)使用模型可節(jié)約234內(nèi)核MIPS，而沒有導(dǎo)致任何額外輸出延遲。請(qǐng)注意，與用例1中不同，在用例2中內(nèi)核使用頻域（快速卷積）處理，而非時(shí)域處理。這就是為何處理一個(gè)通道所需的內(nèi)核MIPS比FIRA MIPS少的原因，這可導(dǎo)致直接替代使用模型實(shí)現(xiàn)負(fù)的內(nèi)核MIPS節(jié)約。

結(jié)論

在本文中，我們看到如何利用不同的加速器使用模型實(shí)現(xiàn)所需的MIPS和處理目標(biāo)，從而將大量內(nèi)核MIPS轉(zhuǎn)移到ADSP-2156x處理器上的FIRA和IIRA加速器。

圖5.用例2方框圖

進(jìn)一步閱讀

“ ADSP-2156x FIR/IIR加速器性能和實(shí)時(shí)使用情況圖形演示 ?！?ADI公司

Nayak, Sanket和Mitesh Moonat。 “ 工程師對(duì)話筆記EE-408：使用ADSP-2156x高性能FIR/IIR加速器 ?！盇DI公司，2019年8月。