用C语言进行DSP软件设计的优化考虑.doc

　 ?用C语言进行DSP软件设计的优化考虑 武汉力源电子股份有限公司技术开发部（430010） 刘朝晖 摘 要 讨论了用C语言进行DSP软件设计中常用的一些优化策略。 关键词 C语言?? DSP ?? 优化 TMS320C54x 1 前言 ??? 与单片机相比，DSP多用于算法比较复杂、乘加运算量比较大的场合，如通信、雷达、音视频处理等。为了追求代码的高效，过去一般用汇编语言来编制DSP的应用软件。随着技术的发展，DSP的应用范围不断延伸，且日趋复杂，而单纯的汇编语言程序的可读性、可修改性和可重用性太差，软件需求与软件生产力之间的矛盾日益突出，高级语言（如C语言）的引入，有望解决这一矛盾。与此同时DSP的运算速度大幅度提高，以DSP为平台的C编译器的功能不断完善，这也为C语言的采用提供了可能。 ??? DSP的运算能力差别很大，以TI公司的DSP产品为例，TMS320C64x的运算能力已达4800～8800MIPS，而低端DSP产品的运算能力一般为20～40MIPS。价格上也是天渊之别，从数千元到几十元。涉及到具体应用时，器件的选择要遵循一个合适的性价比。一般而言DSP的运算能力越强，其价格相对较贵。为此软件的实时性不能完全依赖于器件运算性能的无限提升。特别是当采用C语言进行DSP软件设计时，其效率一般比用汇编语言编制的要低，因此，优化工作更为必要。 ??? 鉴于DSP应用的复杂性，在用C语言进行DSP软件开发时，一般先在PC机或工作站上对算法进行仿真，仿真通过后再将C程序移植到DSP平台中。按照开发的顺序，相应的优化工作也包括两部分：一是仿真环境中的优化，二是DSP目标环境中的进一步优化。下面结合TI公司的TMS320C54x 系列DSP的C编译器，具体讨论相关的优化工作。 2 仿真环境中的优化 ??? PC机环境中的优化工作是针对C程序的通用特性来考虑的。这方面的优化工作主要包括采用快速算法、计算表格化、数组指针化和尽可能减少判断转移。 2.1 快速算法 ??? 与直接算法相比，快速算法通常放弃了概念上的清晰度，而追求计算上的高效率，最典型的例子就是DFT与FFT。DCT（离散余弦变换）是另一种常用的正交变换，以一个直接的32×32的DCT变换为例，共需做1024次乘法和992次加法。而采用了Lee提出的快速DCT变换方法后，对于同样的输入条件，只需做384次乘法和432次加法。 ??? 当然，快速算法的采用增加了数据移动的工作量，这也是许多DSP都支持FFT中特殊的位反转寻址的原因。因而在采用快速算法时，通常需要在运算量的减少和数据移动的增多之间作一个折中。总之，适当地采用快速算法，是进行DSP应用软件优化时首先要考虑的问题。 2.2 计算表格化 ??? 为了提高算法的实现效率，减少运行时计算的时间开销，应尽可能把一些运行时计算的参数做成查找表或常数数值，从而将运行时的计算转化为编译时的计算。这不仅适用于一些比较规整的参数表，对于一些并不规整的运行时计算，特别是比较耗时的计算（如浮点除），也应尽量使之表格化。 2.3 数组指针化 ??? 在C语言程序中，对数组的寻址是非常耗时的，特别是对多维数组。因此，首先应降低数组的维数，再进一步使之指针化。 ??? 程序1是未经优化的C程序，它对输入数组in[32]进行蝶型变换，得到两个输出数组even[16]和odd[16]。将数组指针化后，得到程序2中的优化代码。 程序1：采用数组的C程序 void Bufferfly(short *in) { short even[16], odd[16]; short i; for(i = 0; i 16; i++) { even[i] = in[i] + in[31-i]; odd[i] = in[i] - in[31-i]; } } 程序2：采用指针的C程序 void Bufferfly(short *in) { short even[16], odd[16]; short *in_ptr, *even_ptr, *odd_ptr; short i; in_high_ptr = in[31]; even_ptr = even; odd_ptr = odd; for(i = 0; i 16; i++) { *even_ptr++ = (*in) + (*in_high_ptr); *odd_ptr++ = (*in++) - (*in_high_ptr- - ); } } ??? 显然，采用数组的C程序表达清晰，可读性好，但效率很差。与之相反，采用指针的C程序不用计算指针地址，只需将指针增量