用戶應(yīng)用引擎的一種專用解決方案

　　下面來討論一個現(xiàn)實(shí)生活中的解決方案，該方案采用了三級不同的可定制性來構(gòu)造專門的用戶應(yīng)用引擎。

　　第一級可定制性在處理器的標(biāo)準(zhǔn)資源處提供，這些標(biāo)準(zhǔn)資源包括算術(shù)邏輯單元(ALU)以及乘法器和累加器(MAC)等。對某些應(yīng)用而言MAC 用得較多，如基于快速傅立葉變換(FFT)的算法；還有一些則傾向于更多地采用ALU。這就提出了一個要求，對于不同的應(yīng)用，處理器應(yīng)有不同的資源組合，而不是將所有的應(yīng)用都分配到同樣的一組固定的資源中去。

　　例如，可以將一個MAC密集的算法分配到一個包含4 MAC、2 ALU、1 SHIFT的處理器中去，而將一個ALU密集的應(yīng)用分配給一個包含3 ALU、1 MAC、1 SHIFT的引擎。這種處理器資源分配的可定制性對許多普通應(yīng)用而言已經(jīng)綽綽有余，但對大多數(shù)與視頻相關(guān)的應(yīng)用來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，它們的要求更高，并且需要更多的運(yùn)算單元來加快運(yùn)行速度。

　　第二級可定制性允許向處理器添加DDCU協(xié)處理器。設(shè)計(jì)者先要對所需完成的應(yīng)用有一個大致的認(rèn)識，接著對該應(yīng)用進(jìn)行分析，將其中的一些專用函數(shù)分離出來，然后在硬件上專門針對這些函數(shù)進(jìn)行加速處理，即添加DDCU。此外，設(shè)計(jì)者還可以分析一下，采用工具組添加DDCU來加快運(yùn)行速度會對處理器的性能造成怎樣的潛在影響，以及在諸如此類的一些其他假設(shè)下會出現(xiàn)什么情況。

DDCU是一種適用于專用算法的計(jì)算單元。一旦設(shè)計(jì)者確認(rèn)了哪個算法需要用DDCU進(jìn)行硬件加速之后，就可以寫出實(shí)現(xiàn)該DDCU的RTL 代碼，并將其加入用戶應(yīng)用引擎。例如，在通用DSP中加入濾波DDCU，那么若用該DSP實(shí)現(xiàn)一個需要濾波的應(yīng)用，其表現(xiàn)出來的性能就會有所增強(qiáng)。

　　除此以外，設(shè)計(jì)者還要在增加并行性所帶來的性能優(yōu)化和該并行性對指令的影響之間尋找最佳平衡。為解決這一問題，可以在VLIW指令中定義分段的數(shù)目(從而定義最大并行度)，并為每一段分別分配CU和DDCU(見圖1)。

　　最后一級可定制性表現(xiàn)在處理器資源的選擇上。設(shè)計(jì)者可以自己決定需要多大的數(shù)據(jù)存儲器，以及需要多少個數(shù)據(jù)寄存器和地址寄存器。而且，根據(jù)具體應(yīng)用所提出的數(shù)據(jù)要求，設(shè)計(jì)者還可以增加存儲器接口，以便提供并行數(shù)據(jù)訪問。這些共享的存儲器接口又可以用來連接多個處理器引擎，這就為處理器資源提供了一定的可伸縮性。

　　采用DSP引擎的一個關(guān)鍵的好處是可以加快產(chǎn)品投入市場的時間。但要達(dá)到這個目的，還要先定義一系列與DSP引擎協(xié)作的DDCU協(xié)處理器。在設(shè)計(jì)MPEG-4引擎的時候，首先要對其各個方面進(jìn)行全面分析，確定需要采用哪些DDCU。然后用這些DDCU構(gòu)建起一個大致MPEG-4引擎，分析其性能瓶頸，并針對性能瓶頸再定義一些DDCU加入引擎中，從而提高該引擎的性能，沖破其瓶頸。為了更方便地完成以上工作，人們開發(fā)出一個專門用于MPEG -4應(yīng)用的DDCU庫。以下討論了該庫中的某些專用DDCU。

　　1. 比特流/可變長度解碼DDCU

　　在視頻編碼中常常會遇到可變長度解碼。比特流/可變長度解碼DDCU 可以加快從輸入比特流中取出可變長度字段的速度，這是一種基本操作。如果用軟件來實(shí)現(xiàn)這種比特流管理，會消耗大量的時鐘周期來處理指針的移位、屏蔽和管理，而采用比特流/可變長度解碼DDCU則可以在一個簡單的硬件單元里快速完成同樣的功能。

　　在比特流/可變長度解碼DDCU中，由用戶設(shè)計(jì)的指令組集中完成普通比特的提取和插入操作。這種DDCU不但能加快處理速度，提高整個視頻引擎的性能，還可以解放處理器中的其他資源，使之得以用于周圍的其他處理過程。因此，采用這種DDCU不但可以減小指令長度，同時還增強(qiáng)了系統(tǒng)性能。實(shí)際上，在DSP中加入這種計(jì)算單元會使可變長度解碼的速度增快23.2%。