基于XC166單片機(jī)的DSP優(yōu)化方法

;;;; ;引言 ;;;;;; 與專用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）相比，英飛凌的C166單片機(jī)的DSP性能相當(dāng)差，為了提高C166單片機(jī)的DSP處理能力，英飛凌推出了新的16位單片機(jī)系列XC166，XC166系列單片機(jī)與C166單片機(jī)的最主要的區(qū)別在于，XC166中的CPU核加入了乘法－累加（MAC）單元，用于提高DSP的功能。MAC單元在XC166中是以一個(gè)算法處理單元出現(xiàn)的，類似于CPU中的算術(shù)邏輯（ALU）單元。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以保持XC166與C166的兼容性。 ;;;;;; MAC單元有自己的尋址模式和指令集，MAC指令集是專為開發(fā)DSP程序而設(shè)計(jì)的。獨(dú)立的尋址模式是為了保證MAS指令能在1個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成對(duì)2個(gè)操作數(shù)的間接尋址。與XC166中的一般尋址模式不同，MAC尋址模式有2個(gè)地址指針（IDX0/IDX1）及2對(duì)地址偏移指針（QX0/QX1，QR0/QR1）用于對(duì)雙操作數(shù)尋址。另外，單機(jī)器周期的MAC指令還要求MAC單元具有Harvard結(jié)構(gòu)，也即代碼與數(shù)據(jù)獨(dú)立尋址。但英飛凌的16位單片機(jī)的存儲(chǔ)器地址都是線性的，采用的是Von Neumann結(jié)構(gòu)，代碼與數(shù)據(jù)在一個(gè)線性存儲(chǔ)空間。為了在線性空間中實(shí)現(xiàn)Harvard結(jié)構(gòu)，XC166專門把MAC指令的兩個(gè)操作數(shù)中的一個(gè)定義在DPRAM中，所以，在使用MAC單元時(shí)要特別注意，有些操作數(shù)只能存在DPRAM中，否則，指令無法正常運(yùn)行。目前，XC166系列單片機(jī)配有2KB的DPRAM，從地址0xF600到0xFDFF。 ;;;;;; 由于硬件的要求，XC166單片機(jī)的指令流水線存在著不可避免的阻塞現(xiàn)象，MAC單元指令也一樣。盡管在硬件設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)采用了專用模塊來減少阻塞，但有些阻塞是不可避免的，從程序優(yōu)化的角度來說，可以充分利用指令流水線阻塞現(xiàn)象，通過重排指令流水線上的指令，消除阻塞，以使得程序的運(yùn)行時(shí)間縮短，從而達(dá)到優(yōu)化的目的。 ;;;;;; 通常DSP優(yōu)化方法可以分為兩類：一類是與芯片相關(guān)的，另一類是與芯片無關(guān)的。與芯片無關(guān)的優(yōu)化方法獨(dú)立于單片機(jī)硬件，適用于所有單片機(jī)及DSP處理器，下面根據(jù)使用XC166單片機(jī)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)一些優(yōu)化DSP程序的方法。 ;;;;;; 1 通用優(yōu)化方法 ;;;;;; 1.1 數(shù)據(jù)組處理 ;;;;;; 數(shù)據(jù)組處理的基本思想是通過成組的處理數(shù)據(jù)，以節(jié)約每次調(diào)用處理子程序所需的附加指令。數(shù)據(jù)組處理可以在C語言或匯編語言程序中實(shí)現(xiàn)。一般而言，對(duì)于開發(fā)DSP程序，最常用的程序語言為C和匯編。下面分別介紹如何在C和匯編程序中使用數(shù)據(jù)組處理優(yōu)化方法。;;;;;; （1）C程序 ;;;;;; 在C環(huán)境中開發(fā)DSP程序，通常算法本身由匯編編寫，以便優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。C主程序通過調(diào)用匯編實(shí)現(xiàn)的核心處理子程序來完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理。核心處理子程序有兩種實(shí)現(xiàn)方法，一種是數(shù)組處理，另一種是單值處理，假設(shè)單值處理子程序的核心部分與數(shù)組處理子程序的核心部分所需機(jī)器周期相同，并且調(diào)用子程序的前期處理需M個(gè)機(jī)器周期，后期處理需要N個(gè)機(jī)器周期，如果子程序被調(diào)用K次，那么理想情況下，數(shù)據(jù)組處理可以節(jié)約（K－1）（M＋N）個(gè)機(jī)器周期，如圖1所示。 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;; （2）匯編程序 ;;;;;; 在匯編程序中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組處理有多種方法，比如數(shù)組操作，數(shù)組讀入/寫出等。 ;;;;;; 1、數(shù)組操作。數(shù)組操作是將多個(gè)不同的短操作數(shù)裝入一個(gè)長位數(shù)的寄存器，然后進(jìn)行運(yùn)算操作。比如，1個(gè)16位的寄存器可以裝入2個(gè)8位的來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)。下面舉例說明數(shù)據(jù)組處理在匯編程序中的應(yīng)用。

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;;;;;; 2、數(shù)組讀入寫出。這種方法是將多個(gè)短操作數(shù)合并為一個(gè)長操作數(shù)后進(jìn)行讀入/寫出操作，如上面例子中的輸入/輸出部分。

;;;;;; 1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器交織;

;;;;;; 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器交織的目的是通過重新排列數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的位置，以使得程序讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)間最短，比如有2個(gè)8位的復(fù)數(shù)x和y，一般情況下，復(fù)數(shù)將按下