發(fā)布時(shí)間：2017-04-11 06:24

  本文關(guān)鍵詞：基于多核VLIW DSP的數(shù)字信號(hào)變換函數(shù)并行優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨著音視頻娛樂行業(yè)的迅速進(jìn)步,數(shù)字信號(hào)處理器正逐漸成為研究人員重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象,如何提高數(shù)字信號(hào)處理器平臺(tái)上相關(guān)應(yīng)用的性能和效率也受到越來越多的重視。然而,當(dāng)前流行的多核、超標(biāo)量、單指令流多數(shù)據(jù)流(Single Instruction,Multiple Data,SIMD)、亂序執(zhí)行、超長(zhǎng)指令字(Very Long Instruction Word, VLIW)技術(shù)使得數(shù)字信號(hào)處理器的體系結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,普通用戶很難編寫出能夠充分發(fā)揮處理器性能的軟件。 針對(duì)特定數(shù)字信號(hào)處理器平臺(tái)進(jìn)行函數(shù)庫改進(jìn)是軟件優(yōu)化領(lǐng)域當(dāng)前重點(diǎn)關(guān)注的問題之一,其關(guān)鍵在于提升代碼對(duì)處理器、存儲(chǔ)器等硬件的使用效率。本文針對(duì)上述問題,基于國產(chǎn)BWDSP100進(jìn)行深入研究,針對(duì)其搭載的基本信號(hào)處理函數(shù)庫實(shí)施并行優(yōu)化�？紤]到該函數(shù)庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜、例程數(shù)量較多,本文采用重點(diǎn)研究典型函數(shù)的方式,對(duì)其中最為重要的數(shù)字信號(hào)變換函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,使用到的主要優(yōu)化方案有如下三個(gè)層次： (1)利用BWDSP100匯編指令集提供的特殊指令改編函數(shù)庫中部分函數(shù)的實(shí)現(xiàn),從而達(dá)到減少代碼量,提升程序執(zhí)行效率的目的。BWDSP100提供的特殊指令包括累加、累減、復(fù)數(shù)、選大、選小、定點(diǎn)、超算,其中超算指令包括正余弦、倒數(shù)、自然對(duì)數(shù)等。 (2)針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)循環(huán)計(jì)算多的特點(diǎn),通過循環(huán)展開技術(shù)對(duì)函數(shù)內(nèi)的循環(huán)操作進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化。循環(huán)展開能夠成倍的提升每一輪迭代時(shí)參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),這樣做的效果是有效的降低了循環(huán)體執(zhí)行的總次數(shù)。該技術(shù)可以提高軟件效率的原因有二：一方面它提高了單次迭代內(nèi)部有效計(jì)算(非索引比較)的數(shù)目；另一方面它拉長(zhǎng)了程序代碼,基于此可以進(jìn)一步變換代碼以便進(jìn)行指令調(diào)度、對(duì)變量進(jìn)行重命名以減少數(shù)據(jù)相關(guān)。 (3)依據(jù)BWDSP100支持指令多發(fā)射的特點(diǎn),通過指令調(diào)度技術(shù)對(duì)指令次序進(jìn)行調(diào)整,這樣不僅可以減少流水線的空轉(zhuǎn)和等待時(shí)間,同時(shí)可以提高循環(huán)展開的展開數(shù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過優(yōu)化之后,本文中所有函數(shù)的加速均超過9,其中80%的函數(shù)加速比超過10。本文的工作成果對(duì)其它軟件的優(yōu)化工作有借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：超長(zhǎng)指令字 單指令流多數(shù)據(jù)流 數(shù)字信號(hào)處理 循環(huán)展開 并行化 多簇BWDSP100
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-13
• 1.1.1 VLIW DSP概述11-12
• 1.1.2 本文的研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 目標(biāo)平臺(tái)介紹17-25
• 2.1 BWDSP100體系結(jié)構(gòu)17-19
• 2.2 BWDSP100功能部件19-21
• 2.2.1 算術(shù)邏輯單元ALU20
• 2.2.2 乘法器MUL20
• 2.2.3 移位器SHF20-21
• 2.2.4 超算器SPU21
• 2.3 BWDSP100匯編規(guī)則21-23
• 2.3.1 BWDSP100編程資源約束21-22
• 2.3.2 BWDSP100寄存器參數(shù)傳遞規(guī)則22-23
• 2.3.3 BWDSP100寄存器文件映射規(guī)則23
• 2.4 函數(shù)正確性測(cè)試策略23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊介紹與優(yōu)化25-39
• 3.1 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊簡(jiǎn)介25
• 3.2 SQRT函數(shù)優(yōu)化25-27
• 3.3 CMUL和CDIV函數(shù)優(yōu)化27-28
• 3.4 MIN和MAX函數(shù)優(yōu)化28-29
• 3.5 COS和SIN函數(shù)優(yōu)化29-30
• 3.6 CUMSUM函數(shù)優(yōu)化30-33
• 3.7 LN函數(shù)優(yōu)化33
• 3.8 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊正確性測(cè)試與優(yōu)化效果評(píng)測(cè)33-38
• 3.8.1 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊正確性測(cè)試33-35
• 3.8.2 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊優(yōu)化效果評(píng)測(cè)35-38
• 3.9 本章小結(jié)38-39
• 第四章 數(shù)字信號(hào)變換函數(shù)介紹與優(yōu)化39-61
• 4.1 FFT和IFFT函數(shù)39-43
• 4.2 DCT和IDCT函數(shù)43
• 4.3 FWHT和IFWHT函數(shù)43-45
• 4.4 HILBERT函數(shù)45
• 4.5 GOERTZEL函數(shù)45-46
• 4.6 UPSAMPLE和DOWNSAMPLE函數(shù)46-47
• 4.7 CONV函數(shù)47-48
• 4.8 UPFIRDN函數(shù)48
• 4.9 函數(shù)優(yōu)化過程描述48-57
• 4.10 正確性測(cè)試與優(yōu)化效果評(píng)測(cè)57-60
• 4.10.1 正確性測(cè)試57-58
• 4.10.2 優(yōu)化效果評(píng)測(cè)58-60
• 4.11 本章總結(jié)60-61
• 第五章 總結(jié)和展望61-63
• 5.1 本文總結(jié)61-62
• 5.2 下一步工作計(jì)劃和展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67-69
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果69

【參考文獻(xiàn)】

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10 徐華葉;鄭啟龍;丁陳飛;徐東鵬;;面向多簇超長(zhǎng)指令字DSP的向量化優(yōu)化算法[J];計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用;2013年12期

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本文編號(hào)：298518