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【DSP】【第一篇】开始DSP学习

2022-07-06 12:24:00 【Kshine2017】

2022年6月14日

1. 部署开发环境

略。工作需要，TMS320C6678。
从今天开始学习DSP的知识。
后面会补充如何安装部署环境。

1.1 组件

在这里插入图片描述

1.1.1 SDK

MCSDK（CCSv5,CCSv6）+Path(全英文路径，无中文，无空格)
安装完之后，需要打一个补丁。
Pocessor SDK (CCSv6)

1.1.2 组件

XDCTools
SYS/BIOS
NDK
UIA
XDAIS
Framework Components

1.1.3 算法库

DSPLIB
MATHLIB
IMGLIB
VLIB

1.2 集成开发环境

Code Composer Studio （CCSv5，CCSv6）

1.3 其他

1.3.1 编译器

CGT 7.4.x ,CGT 8.1.x

1.3.2 编码/解码算法库

视频
HEVC[H265]，压缩效率高，计算量大。
H264 BP/MP/HP
MPEG4
JPEG
JPEG2000
语音
G711
G722/G722…1/G722.2
G726
G728
OPUS
医学有关
电信有关

1.4 安装过程

1.4.1 下载CCS镜像

-官网，搜索CCS，下载相关版本。
https://www.ti.com.cn/tool/cn/download/CCSTUDIO
在这里插入图片描述

1.4.2 安装CCS镜像

如果安装过程中，提示VC++运行库安装失败，可以先安装VC++2008以及VC++2012运行库[32位]，然后再安装CCSv5。

1.4.3 安装字体

推荐安装等宽字体，中英文宽度一致。
下载等宽字体，放到Windows的font文件夹中
在CCS软件中进行编码设置，字体设置。字体大小建议12号，脚本选择中文GB2312。

1.4.4 修改主题

安装eclipse主题插件，Eclipse Marketplace，更新，搜索theme，
选择深色主题，保护眼睛。

1.4.5 菜单显示中文

安装eclipse的语言翻译，显示中文。

1.5 安装软件组件

嵌入式软件产品下载地址：https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/index.html
更老的一些软件：https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/legacy.html

1.5.1 TI-RTOS

https://www.ti.com.cn/tool/zh-cn/TI-RTOS-MCU?keyMatch=&tisearch=search-everything&usecase=software#downloads
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/tirtos/index.html

1.5.2 SYS/BIOS

https://www.ti.com.cn/tool/cn/SYSBIOS?keyMatch=SYS%20BIOS%20DOWNLOAD
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/bios/index.html
在这里插入图片描述
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/bios/sysbios/index.html

1.5.3 网络NDK

https://www.ti.com.cn/tool/zh-cn/NDKTCPIP?keyMatch=&tisearch=search-everything&usecase=software
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/ndk/index.html

1.5.4 UIA

https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/uia/index.html

1.5.5 IPC

https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/ipc/index.html

多核之间通信，多片之间通信。
已经不再更新

1.5.6 Multimedia Framework Products

Codec Engine 管理资源，框架
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/ce/index.html
Framework components 提供抽象的接口
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/fc/index.html
XDAIS，XDM算法
https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/xdais/index.html

1.5.7 XDCtools 实时软件组件

https://software-dl.ti.com/dsps/dsps_public_sw/sdo_sb/targetcontent/rtsc/index.html

1.5.8 CGT编译器

https://www.ti.com/tool/TI-CGT
https://software-dl.ti.com/codegen/non-esd/downloads/download_archive.htm

1.6 软件库

1.6.1 MATHLIB

https://www.ti.com.cn/tool/cn/MATHLIB?keyMatch=MATHLIB#downloads

1.6.2 IQMath

C64x+ IQMath 库 - 虚拟浮点引擎
https://www.ti.com.cn/tool/zh-cn/SPRC542?keyMatch=&tisearch=search-everything&usecase=partmatches

1.6.3 FastRTS

基本的数学运算的优化。

1.6.4 DSPLIB

数字信号处理，处理浮点

1.6.5 IMGLIB

图像处理，DCT变换，离散余弦变换
图像分析，直方图

1.6.6 VLB

更上层的图像处理

1.6.7 VICP

信号处理

1.6.8 VoLIB

声音处理库

1.6.9 FaxLIB

传真，编解码

1.6.10 AER/AEC

编解码

1.6.11 Codecs

编解码
语音，视频，图像编码

1.7 软件开发包

MCSDK多核软件开发套件（比较老的）
MCSDK-VIDEODEMO
PROCESSOR-SDK-C667X

2. 基础知识

B站学习视频：北航电子信息工程学院王俊《DSP体系结构》

2.1 指令周期

冯诺依曼结构。

1个指令周期 = 1个或者多个机器周期。
1个机器周期 = 6个状态周期 = 12个时钟周期。6节（s）12拍（p）。
1个状态周期 = 2个时钟周期。
1个指令周期的执行过程：取指令，译码，执行，（写回）。
取指令：从数据寄存器MDR，经过总线，读取到指令寄存器IR中。
译码：指令译码器ID。将指令寄存器IR中的指令翻译一下。
执行：执行指令译码器ID给出的指令。
在s1p1和s4p1下降沿时，分别读一次指令（每次读取一个字节）。
不同的指令，指令的长度是不一样的，指令的执行周期也是不相同的。有单字节单周期，双字节单周期，单字节双周期，双字节双周期，双字节三周期。。。。。。

2.2 执行性能

在主频相同的情况下，CPI越小，性能越好。
时钟频率：反应DSP实现技术，生产工艺
CPI：反应DSP指令集结构，DSP体系结构。
IC：反应DSP指令集的结构和编译技术，以及编程水平。
指令周期，指的是执行一条指令所需要的时间。通常以ns为单位。
MAC时间，一次乘法和一次假发的时间。大部分DSP可以在一个指令周期内完成一次乘法和加法。
FFT执行时间，衡量DSP芯片运算能力的一个指标。
MIPS：即M+IPS。每秒执行百万条指令。
MFLOPS，每秒执行百万次浮点操作。
在实际应用中，tdsp时间必须要小于采样时间ts，

2.2 流水线

PipeLine。
使用流水线的方式，将CPI=12（24）降到CPI=1。

2.2.1 流水线的类型

（1）按照功能的多少来分
单功能流水线，只能完成一个功能。
多功能流水线，可以完成不同的功能。

（2）按照同一时间内各段之间的连接方式
静态流水线，同一时刻，各段按照一种功能连接。
动态流水线，同一时刻，各段可以按照不同功能连接。

（3）按照片内流水线的级别来分
片内，指令流水线DLX，运算流水线（核内流水线，核间流水线）。
片间，多芯片并行处理机。
机间，多处理机并行处理，任务流水。

（4）按照数据表示来分

（5）按照是否有反馈回路来分

2.2.2 指令流水线DLX（RISC架构）

处理器的体系结构，取指令，译码，执行，访存，写回。

2.2.3 指令流水线竞争

（1）结构竞争，硬件资源无法满足指令流水线执行。

在这里插入图片描述

冯诺依曼结构只有一个总线，用于数据和指令的传输。
当流水线的两个环节都要访问内存时，会出现竞争。如下图所示，当第一个指令被传送到第四个环节时，出现第一个环节和第四个环节争抢总线的情况。
解决方式是，将指令向后移动，且必须移动到第四环节和第一环节不同时的位置。这种方式效率低。
另一种解决方式，另一种结构，哈佛结构。增加一条总线，数据和指令分开存放，避免冲突。

（2）数据竞争，当前面指令结果无法及时输出。

靠编译器和编程方式来解决。
先写后读同一个寄存器，会产生竞争。如果采用后移等待的方式，效率会很低。
改成先读后写同一寄存器，不会产生竞争。
连续读或者连续写同一个寄存器，不会产生竞争。
消除数据竞争，尽量避免操作同一个寄存器；前移不会产生竞争的指令（中间插入其他的指令）。
编译器的选择：
流水线的时钟正确，
流水线的数据结果正确

（3）控制竞争，跳转等改变PC值指令预读取与实际不符。

指令5用来判断跳转方向，一种是继续执行指令6，一种是跳回指令1。
如果出现跳回指令1的情况，流水线下其他678指令已经被载入的部分需要被清除，这样中间就会出现空档，流水线断开了。
方法一：分支预测，加载执行概率大的指令。
方法二：跳转指令前移。如下图所示，除了指令1和指令6外，234是一定需要被执行的。

2.3 使得CPI进一步下降

视频连接《DSP体系结构》

已知，流水线使得CPI=12或24 降到 CPI=1。本节讲述如何使得CPI<1。
传统流水线CPI = 1。
一个时钟内完成多条指令CPI<1。

2.3.1 超流水线

CPI=1,主频提升。
细化流水，提高主频，空间换时间。
Pentium4 奔腾4处理器上，应用20级流水线。
《百度百科》超流水处理器是相对于基准处理器而言的，一般cpu的流水线是基本的指令预取,译码,执行和写回结果四级。超流水线（superpiplined）是指某型CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentium pro的流水线就长达14步。将流水线设计的步（级）数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。

2.3.2 超长指令字（VLIW，very long instruction word）

一个时钟内完成多条指令CPI<1
一个非常长的指令组合，8x32bit = 256bits。多个流水线并在一起。
TI公司的C6000系列之后开始使用VLIW技术。
程序编译时，根据并行性，组合为多操作超长指令字。会有很多的32位空指令，程序编译后，比较大，程序存储效率不高。
VLIW每段对应不同的操作单元。D,D,M,M,L,L,S,S。
（1）每个时钟周期启动一条VLIW指令。
（2）每段控制一个操作单元。
（3）编译，编程时，解决竞争问题，控制硬件较简单。