隨著DSP技術的不斷發(fā)展和完善， DSP廠商紛紛推出了自己的高級語言編譯器，但編譯器編譯出的匯編代碼在保證正確性的前提下很難兼顧效率。在一些實時性要求比較高的場合(如音視頻處理)必須對某些關鍵的算法和代碼進行優(yōu)化。StarCore SC140這款DSP內核在體系結構、數(shù)據(jù)存取及運算上都與傳統(tǒng)的TI系列有明顯的差異，它可以在原來的基礎上應用一些比較有針對性的方法來大幅度提高程序優(yōu)化效率。本文根據(jù)作者在SC140上開發(fā)AACPlus_v2音頻解碼器的經驗，著重從C語言級和匯編代碼級兩方面探討其優(yōu)化方法。
1 StarCore SC140體系結構
　　StarCore SC140內核包含三類功能單元：數(shù)據(jù)算術邏輯單元(DALU)、地址生成單元(AGU)和程序序列器單元(PSEQ)。采用指令級并行技術(ILP)，共有6 個執(zhí)行單元，包括4 個ALU和2個AGU，最多可以同時執(zhí)行6 條指令，而且支持SIMD。SC140 采用變長執(zhí)行組(VLES)模型，執(zhí)行過程以執(zhí)行組為單位，采用由指令預取、取址、指令分配、地址生成和執(zhí)行組成的5 級流水線結構。
　　SC140采用單一的內存空間，在內存和內核之間有兩組數(shù)據(jù)總線和一組程序總線，可以同時高速存取兩組數(shù)據(jù)。
2 SC140的優(yōu)化技術
2.1 Profile分析
　　將高級語言程序代碼用手工匯編優(yōu)化固然可以降低MIPS消耗，但同時也會帶來工作量的提高及出現(xiàn)改寫錯誤。所以對程序進行Profile分析，找出消耗MIPS比較集中的模塊或函數(shù)進行手工匯編優(yōu)化是十分必要的。
　　以音頻編碼器AACPlus_v2為例，消耗MIPS集中的函數(shù)，即計算和循環(huán)集中的函數(shù)，主要包括dit_fft(快速傅立葉變換" title="快速傅立葉變換">快速傅立葉變換)、cplxAnalysisQmfFiltering(分解QMF濾波器)、cplxSynthesisQmfFiltering(合成QMF濾波器)等。
　　另外還有一些函數(shù)，雖然占據(jù)MIPS的比重較大，但本身計算并不是很復雜，只是包含很多的判斷分支。這樣的函數(shù)用SC140手工匯編優(yōu)化的效率很低，可以考慮在程序算法上優(yōu)化。
2.2 C語言級的優(yōu)化
　　對既有的C代碼進行適當?shù)恼{整與變換，不僅可以提高編譯效率，也可以為進一步手工匯編優(yōu)化鋪平道路。
　　循環(huán)通常是程序中MIPS可以集中消耗的部分，要真正做好循環(huán)優(yōu)化，必須要了解所用DSP的體系結構和特點，做到有的放矢。循環(huán)的優(yōu)化有三類：循環(huán)展開、循環(huán)合并和循環(huán)拆分，其中循環(huán)展開是使用頻率最高也是最有效的DSP優(yōu)化技巧。由于篇幅所限，下面僅針對循環(huán)展開來說明具體的優(yōu)化方法。
　　循環(huán)展開就是在循環(huán)內部對循環(huán)體的內容進行重復，從而減少循環(huán)次數(shù)。這樣做首先減少了循環(huán)跳轉的消耗；其次可充分利用StarCore的結構特點，即4個DALU和2個AGU實現(xiàn)并行。當然，這種優(yōu)化方法需要滿足一定的前提條件：
　　(1)前后循環(huán)體之間不能存在依賴關系；
　　(2)數(shù)據(jù)排列要滿足邊界關系；
　　(3)每個循環(huán)體所需要的寄存器不大于DSP可提供的寄存器數(shù)；
　　(4)循環(huán)體的次數(shù)是展開因子的整數(shù)倍。
　　另外有兩個問題需說明：(1)針對SC140進行循環(huán)展開，通常取展開因子為4，因為SC140的4個ALU可以實現(xiàn)四條計算指令的并行；(2)若要使用SIMD實現(xiàn)一條指令多個數(shù)據(jù)存取，就要把存取數(shù)據(jù)的初地址放到8B的邊界上，這也是根據(jù)SC140的數(shù)據(jù)總線為64位決定的。
2.3 匯編代碼級的優(yōu)化
　　C語言級的優(yōu)化固然可以使編譯器更有效率，但在復雜操作下，編譯器無法代替人的統(tǒng)籌和分析，生成的代碼會存在明顯的冗余。對于一些關鍵的操作，仍然需要通過手工匯編優(yōu)化提高其執(zhí)行速度。
2.3.1 利用硬件方式優(yōu)化程序
　　SC140中可以通過修改狀態(tài)寄存器來切換硬件的工作模式。一些常見的DSP算法在這種硬件的支持下可以大大提高優(yōu)化效率。
　　(1)fft倒位序
　　在數(shù)字信號處理過程中有一類與“順序”相關的操作，如快速傅立葉變換中常用的按時間抽取(dit-fft)算法等，在程序中需要通過地址運算來實現(xiàn)。StarCore SC140針對這些運算提供了硬件尋址方式，減少了程序中的地址操作。
　　在數(shù)字信號處理中有大量的fft運算，以按時間抽取的基4圖基fft(dit-tukey fft, radix 4)為例，時域倒序輸入，頻域順序輸出。軟件實現(xiàn)程序中有相應的倒序函數(shù)(一般是查表算法)來實現(xiàn)時域的倒序，而將其移植到DSP上會發(fā)現(xiàn)這一部分非常耗時，甚至與fft本身的算法相差無幾。正是在這樣的前提下，SC140提供了硬件上的倒序進位方式代替軟件倒序算法，提高了fft的執(zhí)行效率。其精髓就是將順序存放的時間采樣數(shù)據(jù)存入存儲區(qū)內，對該存儲區(qū)使用SC140反向進位尋址方式(reverse-carry addressing)。順序和倒序的關系見表1(以32點fft為例)。