摘要：ADSP2106x是AD公司推出的一款性能優(yōu)秀的高速DSP處理芯片，具有多個(gè)并行的內(nèi)部處理單元和豐富的并行指令，本文主要介紹該DSP芯片中并行運(yùn)算處理指令的應(yīng)用技巧。

    關(guān)鍵詞：DSP 并行處理指令 ADSP2106x

引言

    根據(jù)處理器芯片的指令及其實(shí)現(xiàn)形式，我們可以把處理器芯片分為復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）和精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（RISC），前者追求單條指令的強(qiáng)大功能以簡(jiǎn)化編程；后者強(qiáng)調(diào)指令的簡(jiǎn)化以提高硬件效率。由于RISC具有指令長(zhǎng)度一致、單周期執(zhí)行時(shí)間、易于并行和流水線處理等優(yōu)點(diǎn)，絕大多數(shù)的DSP處理芯片都采用了RISC。另外，根據(jù)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其總線連接形式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以被分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)，前者共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和程序存儲(chǔ)空間，共用存儲(chǔ)器總線；后者具有分離的數(shù)據(jù)和程序空間及分離的訪問(wèn)總線。由于哈佛結(jié)構(gòu)在指令執(zhí)行時(shí)，取指和取數(shù)可以并行，因此具有更高的執(zhí)行效率，所以大多數(shù)的DSP芯片都采用了哈佛結(jié)構(gòu)。

    ADSP2106x就是一款采用超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)和RISC的DSP處理芯片，其強(qiáng)大的浮點(diǎn)、定點(diǎn)運(yùn)算功能和大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器，使其可以勝任苛刻的實(shí)時(shí)信號(hào)處理任務(wù)；而它豐富的外部接口和10個(gè)通道的DMA可以使所處理數(shù)據(jù)的暢通無(wú)阻[1]；再加上片內(nèi)的仲裁邏輯，6個(gè)ADSP2106x和一個(gè)主機(jī)可以很容易連在一起構(gòu)成一個(gè)并行處理系統(tǒng)。利用ADSP2106x可以開發(fā)出功能很強(qiáng)的信號(hào)處理系統(tǒng)[2]。

    雖然ADSP2106x芯片本身提供了優(yōu)異的性能，但該性能的發(fā)揮離不開軟件編程的支持。比如，ADSP2106x的峰值運(yùn)算速度可達(dá)120MFLOPS（主頻40MHz），即在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成一次乘法、一次加法和一次減法，但這三個(gè)并行運(yùn)算指令是需要合理安排才能實(shí)現(xiàn)的。另外，由于芯片內(nèi)部采用了超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)，因此可以在一定條件下同時(shí)存取兩個(gè)數(shù)據(jù)，但這也需要合理安排數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器中的放置，才能使并行的存取指令有效。

    本文主要介紹ADSP2106x中并行指令的一些應(yīng)用技巧，重點(diǎn)針對(duì)并行運(yùn)算指令和數(shù)據(jù)存取指令。通過(guò)這些技巧的應(yīng)用，可以提高編程效率，充分發(fā)揮硬件潛力，同時(shí)對(duì)ADSP2106x的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有更為深入的了解。

ADSP2106x中的運(yùn)算處理單元

    ADSP2106x中的核心處理部分包含了三個(gè)運(yùn)算單元：ALU、乘法器和移位器，它們與寄存器組間的連接關(guān)系如圖1所示[3]。三個(gè)運(yùn)算單元的功能如下：

    （1）ALU單元：定點(diǎn)、浮點(diǎn)加減法和求平均；邏輯運(yùn)算；求絕對(duì)值、最大值、最小值、限幅、比較；定點(diǎn)<-->浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

    （2）乘法器：浮點(diǎn)乘法；定點(diǎn)乘法及乘法累加。

    （3）移位器：移位操作；位操作；位場(chǎng)（bit field）提取和存儲(chǔ)。

    ADSP2106x中三個(gè)運(yùn)算處理單元的數(shù)據(jù)通道只與寄存器組相連，而不能直接從存儲(chǔ)器中存取操作數(shù)，這是典型的RISC結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)往往需要大量的寄存器來(lái)存儲(chǔ)和交換中間結(jié)果，ADSP2106x中具有32個(gè)寄存器，其中16個(gè)工作于前臺(tái)，16個(gè)工作于后臺(tái)。乘法器從兩個(gè)寄存器輸入操作數(shù)，把結(jié)果存入另一個(gè)寄存器；移位器從3個(gè)寄存器輸入數(shù)據(jù)，把一個(gè)結(jié)果存入另一個(gè)寄存器；ALU從兩個(gè)寄存器輸入操作數(shù)，把兩個(gè)運(yùn)算結(jié)果分別存入另兩個(gè)寄存器。

    寄存器可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器中各存取1個(gè)數(shù)據(jù)，這正是ADSP2106x超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。另外，運(yùn)算單元的運(yùn)算與寄存器的存取可以并行不悖，但在編程時(shí)，這種并行往往伴隨一個(gè)流水線的過(guò)程。

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