DSP代码优化方法(4)

1万 · 2014-7-30 19:27

方法一把浮点运算改成定点运算
因为C6x DSP板并不支持浮点运算，但我们的原始程序代码是浮点运算的格式，所以必须改成定点运算，而其修改后的执行速度也会加快很多。我们采用 Q-format 规格来表示浮点运算。以下将介绍其相关原理。
定点DSP使用固定的小数点来表示小数部份的数字，这也造成了使用上的限制，而为了要分类不同范围的小数点，我们必须使用Q-format的格式。不同的Q-format表示不同的小数点位置，也就是整数的范围。表2呈现Q15数字的格式，要注意在小数点后的每一位，表示下一位为前一位的二分之一，而MSB (most-significant-bit ) 则被指定成有号数 ( Sign bit )。由表2可以知道，当有号数被设成0而其余位设成1时，可得到最大的正数 (7FFFH ) ；而当有号数被设成1而其余位设成0时，可得到最大的负数 ( 8000H ) 。所以Q15格式的范围从-1到0.9999694 (@1) ，因此我们可以藉由把小数点向右移位，来增加整数部份的范围，如表3所示，Q14格式的范围增为-2.0到1.9999694 (@2) ，然而范围的增加却牺牲了精确度。

1万 · 2014-7-30 19:28

方法二建立表格 ( table )
原来程序的设计是除了要读AAC的档案外，在译码时，还要再另外读取一些C语言程序代码的内容再做计算，如读取一些数值做sin、cos、exp的运算，但是为了加快程序的执行速度，故将这这些运算的结果建成表格，内建在程序中，可以不必再做额外的计算动做，以加速程序。

1万 · 2014-7-30 19:29

方法三减短程序的长度
      1.去除Debug的功能
      原本程序在Debug的阶段时，就加了许多用来侦测错误的部份，程序 Debug完后，已经没有错误发生，所以就可以把这些部份给去除，以减少程序的长度，也可以减少程序执行时的时脉数，加快程序的速度。
      2.去除计算时脉( clock ) 功能
      原本程序可以计算执行程序所需的时脉数，我们也可以把这些部份给去除，如果有需要计算时脉时,我们可以用C6x的工具软件来作，功能更强大。

1万 · 2014-7-30 19:30

方法四减少I/O 过程
原本在做译码的动作时，是先读取AAC档案的一部份做译码，译码完成后再读取下一部份，再做译码。但是由于C6x的板子跟PC做档案读取时相当的缓慢，读取的动作占了大部份的时间，所以就将程序改成先将AAC档案全部读到C6x的内存中，再做译码。或是将AAC建成表格(约1 MB)，以避免DSP板上的内存不足。

1万 · 2014-7-30 19:30

方法五减少子程序的呼叫
在呼叫子程序时，必须先将缓存器的内容放到堆栈(stack) 中，而从子程序返回时，也要将这些缓存器原本的内容从堆栈中取出来。但是有些子程序的长度很短，而且被呼叫的次数又很多，往往几个时脉就可以完成却浪费时间在存取堆栈的内容上，所以干脆将这些很短的子程序直接写在主程序当中，以减少时脉数。

1万 · 2014-7-30 19:31

方法六写汇编语言
虽然由C语言所编译出来的汇编语言可以正确无误的执行，但是这个汇编语言却不是最有效率的写法，所以为了增加程序的效率，于是在某些地方，例如一些被呼叫很多次且程序代码不长的函式(function)，必须改以自己动手写汇编语言来取代。

1万 · 2014-7-30 19:31

方法七利用平行处理的观念
      C6x是一颗功能强大的处理器，它CPU的内部提供了八个可以执行不同指令的单元，也就是说最多可以同时处理八个指令。所以如果我们可以用它来作平行处理，我们就可以大大的缩短程序执行的时间，最有效率的来利用它来作解码的动作。

      最后还要知道：
      第三级优化(-O3)，效率不高（经验），还有一些诸如用一条读32位的指令读两个相邻的16位数据等，具体情况可以看看C优化手册。但这些效率都不高（虽然ti的宣传说能达到80%，我自己做的时候发现绝对没有这个效率！65%还差不多），如果要提高效率只能用汇编来做了。还有要看看你的c程序是怎么编的，如果里面有很多中断的话，6000可以说没什么优势。还有，profiler的数据也是不准确的，比实际的要大，大多少不好说。还有dsp在初始化的时候特别慢，这些时间就不要和pc机相比了，如果要比就比核心的部分。

1万 · 2014-7-30 19:32

关于profile：
      C6x的Debug工具提供了一个profile界面。在图9中，包括了几个重要的窗口，左上角的窗口是显示出我们写的C语言，可以让我们知道现在做到了哪一步。右上角的窗口显示的是C6x所编译出来的汇编语言，同样的我们也可以知道现在做到了哪一步。左下角的窗口是命令列，是让我们下指令以及显示讯息的窗口。而中间的profile窗口就是在profile模式下最重要的窗口，它显示出的项目如下表：
      表5：profile的各项参数[8]
      字段意义
Count被呼叫的次数
Inclusive 包含子程序的总执行clock数
Incl-Max 包含子程序的执行一次最大clock数
Exclusive 不包含子程序的总执行clock数
Excl-Max 不包含子程序的执行一次最大clock数
  利用这个profile模式我们可以用来分析程序中每个函数被呼叫的次数、执行的时脉数等等。用这个分析的结果，我们就可以知道哪个函数所花费的时脉最多，是可以再改进的，而针对它来作最佳化。

1万 · 2014-7-30 19:32

汇编代码级的优化
在经过C代码的优化之后，还不能满足性能上的要求，则可以通过profile
clock工具找出效率很低的部分，使用线性汇编重新改写。再通过汇编优化器编译，汇编优化器从输入的线性汇编代码中，完成以下功能
● 寻找可以平行执行的CPU指令。
● 在软件流水线期间，处理流水线标号。
● 分配寄存器的用法。
● 分配功能单元。
TI提供的汇编优化器可以得到很高的效率，一般可以满足性能上的要求。

1万 · 2014-7-30 19:33

优化中的问题
      在优化过程中，总是要对程序进行一定的改动，这样经常会出现一些问题。
      1) 优化结果的验证
      优化过的程序往往不知道是否运行正确，这就需要加以验证。一般采用的办法就是通过测试序列来验证。测试序列指的是对于不同的算法所取的一组特殊的数据，这些数据可以准确的反映算法的特性。测试序列中每组数据包括输入数据和输出数据，通过对输入数据的运算，把结果与输出数据进行比较，判断程序的正确性。一些常见的算法，一般都提供了测试序列。还有一些，没有测试序列。这时就需要根据算法的特点，自己构造测试序列，进行验证。构造的时候，注意序列最好有几组，数据最好有一定的长度，这样验证的更准确。
      2) 内存泄漏的问题
      C64X系列DSP的内部存储空间有1MB，其中程序和数据还有CPU的二级缓存将共享这片空间，因此当程序的运行不正常时，很有可能就是内存泄漏造成的。因此，在程序设计中，应尽量不用指针，同时注意进行边界检测。
      程序设计的一些方法
      程序设计时，一切以满足实际的要求为目标。在实际的设计中，除了优化能够提高性能以外，还可以采取其他的办法，利用DSP的特性，提高程序的运行性能，满足实际的设计要求。
      1) 把程序和经常要用的数据放入片内RAM
      片内RAM与CPU
      工作在同一时钟频率，比片外RAM性能高得多。因此把程序放在片内可以大大提高运行的速度。同时对于一些经常要用到的数据，放入片内，也会节省处理时间。
      2) 通过DMA技术搬移数据
      对于C64X芯片，其片内RAM有1MB，但是对于一些大型的图像处理算法而言，仍可能是不够的，因此经常通过DMA技术，把需要用到的数据搬入片内，把不需要的搬到片外，可以大大的提高程序的运行速度。
      3) CACHE的使用
      增大CACHE，可以明显的提高性能。但是C64X系列DSP中程序和数据还有CACHE共享片内RAM，因此增大CACHE，就减小了实际的片内可用空间，设计中需要注意。