【摘要】簡單介紹了TMS320DM642 數(shù)字信號處理器的硬件構成， 簡要給出了DSP 平臺的程序優(yōu)化一般流程。著重研究了TMS320DM642 平臺優(yōu)化X264 視頻編碼器，包括算法與系統(tǒng)結構優(yōu)化，乒乓緩存優(yōu)化，循環(huán)體的優(yōu)化以及DSP 匯編實現(xiàn)。
1 引言
在數(shù)字視頻應用方案中，視頻編碼器是核心，其中編碼器的硬件運算能力是系統(tǒng)實時性的保證，而視頻壓縮標準的高壓縮比為編碼器適應各種傳輸帶寬信道提供了必要的保障。視頻編碼工程X264 是一款開源的、按照H.264 標準在PC 平臺開發(fā)的視頻編碼器， 如果直接移植到TMS320DM642（以下簡稱DM642）平臺，則實際的編碼速度一般低于視頻應用方案所需要的實時性要求。為了提高編碼工程的編碼速度， 需要對移植到DM642 平臺的X264 進行優(yōu)化， 整個優(yōu)化的流程如圖1所示。
2 DM642 硬件介紹
DM642 采用TI 開發(fā)的第二代高性能先進VelociTI技術的VLIW 架構VelociTI1.2，在主頻600 MHz 下處理速度達到4 800 MI/s（兆指令/秒）。DM642 CPU 核內部具有64 個32 位通用寄存器和8 個獨立的32 位運算單元（2 個乘法器和6 個算數(shù)邏輯單元）， 確保每個周期能夠提供4 個16 位介質訪問控制（Medium Access Control，MAC）。
DM642 使用兩級緩存L1 和L2。其中一級緩存L1包括一級程序緩存L1P 和一級數(shù)據(jù)緩存L1D；二級緩存L2 可配置為片內存儲器、高速緩存或兩者結合。
外設包括[4-6]：3 個可配置的視頻端口；1 個10/100 Mbit/s的以太網(wǎng)控制器（EMAC）；1 個管理數(shù)據(jù)輸入輸出（MDIO）；1 個內插VCXO控制接口；1 個McASP0；1 個I2C 總線；2 個McBSPs；3 個32 位通用定時器；1 個用戶配置的16 位或32 位主機接口（HPI16/HPI32）；1 個PCI；1 個16 引腳的通用輸入輸出口（GP0），具有可編程中斷/事件產生模式；1 個64 位IMI-FA，可以與同步和異步存儲器的外圍設備相連。
DM642 與傳統(tǒng)的DSP 一樣，采用哈佛結構，即把數(shù)據(jù)與程序分開存放于不同的存儲區(qū)內，保證在DSP 的實際工作中，從程序存儲區(qū)取指令與從數(shù)據(jù)存儲區(qū)取運算數(shù)據(jù)是互相獨立的， 另外在CPU 內部設計了8 個不同的處理單元， 可使在運行過程中，CPU 是按照流水線流程進行操作的。
3 DM642 平臺優(yōu)化方案介紹
3.1 算法和系統(tǒng)程序結構的優(yōu)化
系統(tǒng)結構優(yōu)化主要是合理安排程序中各個模塊在DSP 的存儲區(qū)間中所放的位置， 也就是解決存儲區(qū)間的映射問題；在數(shù)據(jù)處理方面，盡量減少待處理數(shù)據(jù)的無謂搬移。算法優(yōu)化主要體現(xiàn)在分析算法有沒有更好更簡單的替代方法，算法是否有某種對稱性，可否采用更合適的數(shù)據(jù)結構等。在X264 的優(yōu)化中，首先考慮系統(tǒng)結構的合理安排， 譬如程序到內存映射方面， 首先利用CCS的CODE_SECTION[9]偽指令把X264 中的9 個大的模塊，依次映射到9 個大的子區(qū)間里面，把頻繁使用到的DCT/IDCT 模塊、QUANT/DEQUANT 模塊、SAD/SATD 模塊放到DM642 的片內存儲區(qū)（L2 SRAM）中，把其他模塊映射到片外存儲區(qū)中。在數(shù)據(jù)訪問方面，考慮到X264 編碼分別為編碼幀和幀間預測時的參考幀分配了存儲空間，在移植的過程中， 存在著編碼幀和參考幀的存放位置問題。從訪問速度來看，片內存儲區(qū)的訪問速度要遠遠高于片外存儲區(qū)的速度，但片內存儲區(qū)的空間卻要遠遠小于片外存儲區(qū)，這樣出現(xiàn)了訪問速度與有限空間之間矛盾?？紤]到實際編碼流程中，編碼的基本單元是16×16的亮度宏塊加上2 個8×8 的色度模塊， 這里用CCS 的DATA_SECTION[9]偽指令在DM642 的片內存儲區(qū)（L2SRAM）中申請2 個大小為（16×16+8×8+8×8）的存儲區(qū)，來存放編碼像素值；用DATA_SECTION 偽指令在片內存儲區(qū)內申請一些空間，臨時存儲編碼過程中編碼宏塊的幀內預測模式信息、幀間預測運動矢量信息以及離散余弦變換系數(shù)和量化系數(shù)；最后，為了運動估計和幀內預測參考，給參考宏塊分配一定存儲空間。而整個當前編碼幀和運動估計參考幀則放在DM642 映射的片外存儲區(qū)。
3.2 EDMA 和乒乓緩存的優(yōu)化
EDMA（Enhanced Direct Memory Access）是增強型直接內存訪問的英文縮寫。DMA 技術指的是在嵌入式處理平臺或者大型計算平臺上，外設與外設之間、外設與存儲器之間、存儲器與存儲器之間可以在不需要CPU干預的情況下， 進行數(shù)據(jù)搬移和訪問。這樣可以保證CPU 在對一組數(shù)據(jù)進行運算時， 存儲器把即將要處理的新的實驗數(shù)據(jù)準備好，減少CPU 等待時間，特別是在一些需要進行大量數(shù)據(jù)搬移的情況下， 能夠顯著提高系統(tǒng)的運算速度。DM642 具備64 個EDMA 物理傳輸信道，能夠保證數(shù)據(jù)在極短時間內，在DM642 外設的緩存區(qū)間和DM642 存儲器之間進行搬移。DM642 的EDMA[10]主要有3種啟動模式： CPU 啟動，同步事件啟動，外部事件啟動。
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