7-1：C6000软件优化 概念和汇编优化

简单估计
指令 LDH，LDH MPY B ADD,SUB 功能单元 .D .M .S .L(.D/.S) 每周期可 需要数目 使用数目 2 2 2 2 2(2-6) 1 1 2
第三步：画相关图
画相关图步骤：
1 2 3
、画节点(包括:指令、结果、通路) 、在通路旁标出父指令执行周期 、安排功能单元
ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7 || MPY . M1X A2,B2,A6 || MPYH . M2X A2,B2,B6 ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7 || MPY . M1X A2,B2,A6 || MPYH . M2X A2,B2,B6 ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7 || MPY . M1X A2,B2,A6 || MPYH . M2X A2,B2,B6 ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7 || MPY . M1X A2,B2,A6 || MPYH . M2X A2,B2,B6 ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7 || MPY . M1X A2,B2,A6 || MPYH . M2X A2,B2,B6 ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7 ADD .L1 A6,A7,A7 || ADD . L2 B6,B7,B7
灌入循环
上述方法增加了近1/3代码： 5乘，7加 解决方法：保证ADD指令有效执行100次 ※ 将填充阶段的ldw、mpy都加到循环内核中； ※ 循环计数器 107； ※ Add指令要在7个周期后才能得到有效数据 （ldw 5，mpy 2）；此前的add输入数据要清 零。 周期数：7+107+1=115
• 安排必须的功能单元 •
节点分配到A、B两侧
• 对所有节点分配功能单元Βιβλιοθήκη Baidu
平分.D、.S、.M 最小化交叉通路 平衡功能单元 仲裁
画点积相关图 1. 画节点(1)
画点积相关图 1. 画节点(2)
循环传递通路
画点积相关图 1. 画节点(3)
画点积相关图 2. 标出父指令执行周期
画点积相关图 3. 安排功能单元(1)
mv register1, .return sum : p_m
；建
.endproc mv
sum, register1 .endproc [register1[,register2, ]];给出返
保护寄存器
Dotp: .cproc .reg prod,sum,count
.reserve指出需要保护的寄存 器 当.cproc/ .endproc内的代码 明显 使用了要保护的寄存器，优化 器 p_m, p_n, count 也可能使用该寄存器，如：
参数传递
Dotp:
.cproc p_m, p_n, count .reg p_m, m, p_n, n, prod,sum,count zero sum .cproc [variable1[,variable2,]]： loop: ldh *p_m++, m 给出输入参数 ldh *p_n++, n .return：给出返回结果 mpy m, n, prod .return仅在.cproc/ .endproc add prod, sum, sum 内有效 [count] sub count, 1, count .proc [register1[,register2, ]]; 给出输入 .reg p_m， [count] b loop
使用并行指令

哪些指令可以并行？
并行指令

哪些指令可以并行？ (1)两条取指令并行： •放“||”在第二个ldh前 •.d1改为.d2，A改为B
填充延迟间隙

NOP：相当于未优化

为了消除NOP，如何 调整指令顺序？
填充延迟间隙
Sub和b指令移到ldh 指令后： LD的nop由4降为 2 B的nop被消除
软件优化要点


1个时钟周期内让尽可能多的功能单元在执 行指令。 趋近8*主频(MHz) MIPS 前提：满足各种资源限制(resource bound) 途径： （1）资源合理分配、充分使用 （2）算法DSP结构的映射 DSP适合对大量数据做相同的运算
软件优化要点(续)



相同的工作放在一起完成，形成循环， 便于软件流水。 软件流水：单周期执行多个循环的不同 指令。 循环中工作太多，导致资源不够（如： 寄存器不够分配），则可以拆分循环。 充分利用指令局部性和数据局部性的特 点Cache
Basic knowledge

To implement efficient software, the programmer must be familiar with:


Processor architecture. Programming language (C, assembly or linear assembly). The code generation tools (compiler, assembler and linker).

移去多余的sub指令


如果点积超过6次，则可以去掉开始的6 次sub指令； 并且点积次数改为107-1=101； 最后填充阶段只有5个时钟周期； 总的时间：5+107+1=113
画点积相关图 3. 安排功能单元（2）
画点积相关图 3. 安排功能单元（3）
第四步：分配功能单元
根据功能单元和 交叉通路的使用， 可在单周期循环 内编排这些指令。
第四步：分配寄存器
第五步：建编排表（1）
循环填充长度
编排 周期

0

5

抽出最长数据通路 计算长度： 5+2+1=8周期 编排表列出0-7周期 填充：第0-6周期 循环：第7周期
第一步：用C语言实现算法
第二步：写C6x线性汇编代码
线性汇编不考虑： 功能单元 寄存器 延迟间隙 并行指令
确定优化代码段
Dotp:
loop: n
.cproc
zero ldh ldh mpy add sum *p_n++, m, n, prod, count, 1, loop *p_m++, m
.reg prod,sum,count
p_m, m, p_n, n,
zero sum loop: ldh *p_m++, m ldh *p_n++, .reg伪指令： n mpy m, n, prod 声明符号变量，变量由优化器 add prod, sum, sum 选择与功能单元一致的寄存器 .reg仅在.cproc/ .endproc内有 [count] sub count, 1, count 当变量为40/64bit时,变量使用 [count] b loop 寄存器对格式：如ahi:alo .endproc
LDW 线性汇编代码
并行汇编代码
点积相关图
迭代间隔编排表
软件流水汇编代码
循环内核
总周期数

ADD .L1X A7,B7,A4
奇数项、偶数项之和再相加，放入A4


总指令周期：100+7+1=108 100次循环，每个循环一个周期 最后一次循环，在ldw指令后第七个周期结束 ADD .L1X A7,B7,A4占一个周期 存在多余循环,寻址越界！如何去掉？ 即从第101周期开始的循环的ldw会越界。
代码举例
这个循环执行5次需 要多少周期? (不考虑延迟间隙) 周期
非流水代码
流水代码
软件流水中的术语
填充
(建立循环)
循环
(单周期循环 3次迭代)
排空
(完成最后操作)
软件流水步骤
1 2 3 4
5
6
用C语言实现算法并验证 写C6x线性汇编代码（.sa） 画相关图 分配功能单元和寄存器 建流水编排表 将编排表转换为C6x并行汇编代码(.asm)
7：C6000 软件优化
齐美彬
信号与信息处理研究所
TI－ HFUT DSP LAB
Two main goals of software optimisation
Faster execution time. Small code size

Trade off between the two goals
优化的3个层次

1. 手工汇编优化 2. 线性汇编优化 3. C语言级的优化 2&3 和编译器交流：Feedback of loop 资源分配情况设置-k编译器选项, 保留 asm文件 compilerassembly 目的: 软件流水

C6000手工汇编语言优化




并行指令 填充延迟间隙 展开循环 存取带宽优化（使用LDW/LDDW） 软件流水
填充延迟间隙优化结果
循环代码展开举例
循环展开: 减少B的开销, 但增 加代码尺寸

循环次数减少一半
字长优化

使用字访问半字数据 使用双字字访问字数据

使用LDH的点积
使用LDW进行优化
使用LDW/MPYH
软件流水


产生高性能循环代码 •执行并行指令 •填充延迟间隙 •充分使用功能单元 由开发工具产生 •由编译器选项-o2或o3引入 •汇编优化器/C优化器产生
7
填写指令建议


从最长数据通路开始 尽可能早开始（第0周期） 一旦确定指令执行的周期，在这以后的周期 内，连续发生各次迭代 倒推跳转和循环计数指令的发生周期
第五步：建编排表（2）
第六步：写汇编代码
执行40次
40次循环耗时： 40＋7 cycle
例2 减少循环次数 C语言和内联函数
数据200 循环100次
消除多余循环
并行读数（LDW||LDW）：100次 流水填充：7次 内核循环：93次（ 95次乘法，93次加法） 其余的乘法、加法在循环后补上： 5次乘法（MPY、MPYH）， 7次加法（ADD、ADD） （共7个周期） 总周期：7＋93＋7＋1＝108

消除越界：增加了代码 （5乘，7加）
.cproc/ .endproc：
确定要优化的代码段 必须成对使用 可作为C调用的函数
在汇编代码中使用 .proc/ .endproc 确定要优化的代码段, 它们也必须成对使用
prod
sum, sum [count] sub count [count] b
使用符号变量
Dotp: .cproc
p_m, m, p_n, n,
.reserve
zero
a3
sum loop: ldh *p_m++, m ldh *p_n++, n mpy m, n, prod add prod, sum, sum [count] sub count, 1, count [count] b loop .return sum .endproc