TMS320C6x系列主要面向如GSM （ GlobalSystem for Mobile communications） 基站、通信網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用， 因其先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)、高達(dá)200MHz的主頻而成為DSP 的高端主流產(chǎn)品。TMS320C6x體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)絕大多數(shù)DSP 算法而使得應(yīng)用難度相對(duì)較低， 極高的主頻加上較易獲得的并行性使得高性能更有保障。本文介紹對(duì)C62x的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及基于C62x的軟件設(shè)計(jì)方法，在TMS320C6201上實(shí)現(xiàn)寬帶毫米波雷達(dá)目標(biāo)時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法進(jìn)行闡述。

　　1TMS320C62x（以下簡(jiǎn)稱C62x）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　C62x的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，C62x處理器由三個(gè)主要部分組成：CPU內(nèi)核、外設(shè)和存儲(chǔ)器。CPU內(nèi)核中的8個(gè)功能單元可以完成并行運(yùn)行，功能單元執(zhí)行邏輯、位移、乘法、加法和數(shù)據(jù)尋址等操作。取指令、指令分配和指令譯碼單元每周期可以從程序存儲(chǔ)器到功能單元傳遞8條指令，總字長(zhǎng)為8×32=256位。芯片內(nèi)部設(shè)置了專門(mén)的指令分配模塊，可以將每個(gè)256位的指令包分配到8個(gè)功能單元中，并由8個(gè)功能單元并行運(yùn)行。C62x芯片的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到200MHz,8個(gè)功能單元同時(shí)運(yùn)行時(shí)，該芯片的處理能力高達(dá)1600MIP.

　　C62x 是C6000 系列中的32 位定點(diǎn)處理器，含8 個(gè)獨(dú)立的處理單元并且C62x 率先在DSP 中應(yīng)用超長(zhǎng)指令字（VLIW） 技術(shù)。C62x 中有32 個(gè)通用寄存器， 大量中間結(jié)果可存于其中并配合軟件流水線技術(shù)以提高并行度。C62x 的VLIW 指令調(diào)度和同步是在編譯階段通過(guò)代碼的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)， 這要求優(yōu)化器對(duì)程序的行為特點(diǎn)有完全的了解以限度地開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)流的并行度而在代碼中顯式地表達(dá)出來(lái)。VLIW 配合先進(jìn)的代碼優(yōu)化技術(shù)如NSA（ non-single assignment） 、軟件流水線等可以充分利用DSP 的硬件資源。如以1024 點(diǎn)16 位基4 FFT 為標(biāo)準(zhǔn)， 考慮數(shù)據(jù)存取所需的操作， 則加速比可達(dá)到5. 2。

　　2 C62x的軟件設(shè)計(jì)方法

　　用戶在開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)明確應(yīng)用軟件的功能和性能要求，然后按照代碼開(kāi)發(fā)流程的三個(gè)階段進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)：階段是開(kāi)發(fā)C代碼；第二階段是優(yōu)化C代碼；第三階段是編寫(xiě)線性匯編代碼。如果在某一階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件的功能和性能要求，那就不必進(jìn)入下一階段了。代碼開(kāi)發(fā)流程圖如圖2所示。

　　2.1 開(kāi)發(fā)C代碼

　　開(kāi)發(fā)C語(yǔ)言代碼需要考慮的要點(diǎn)包括：①數(shù)據(jù)結(jié)果；②分析C代碼性能；③使用查找表；④用整形數(shù)（int）表示浮點(diǎn)數(shù)。

　　2.1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　C62x編譯器對(duì)每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義一個(gè)尺寸，字符型（char）的8位，短整型（short）為16位，整型（int）為32位，長(zhǎng)整型（long）為40位，浮點(diǎn)型（float）為32位，雙浮點(diǎn)型（double）為64位。在編寫(xiě)C代碼時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循的規(guī)則是：避免在代碼中將int型和long型作為同樣尺寸處理，因?yàn)榫幾g器對(duì)long型數(shù)據(jù)使用40位操作；對(duì)于定點(diǎn)乘法，應(yīng)當(dāng)盡可能使用short型數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類型可以更有效地使用C62x的乘法器；對(duì)循環(huán)計(jì)數(shù)器應(yīng)當(dāng)使用int或者無(wú)符號(hào)int類型，而不使用short或者無(wú)符號(hào)short類型，以避免不必要的符號(hào)擴(kuò)展。

　　2.1.2 分析C代碼性能

　　應(yīng)用調(diào)試器的Profile工具可以得到一個(gè)關(guān)于C代碼中各特定代碼段執(zhí)行情況的統(tǒng)計(jì)表，也可以得到特定代碼段執(zhí)行所用的CPU時(shí)鐘周期數(shù)，因此可以找出影響軟件程序總體性能的C語(yǔ)言代碼段來(lái)加以改進(jìn)（通常是循環(huán)代碼段影響軟件程序總線性能）。

　　2.1.3 使用查找表

　　在C語(yǔ)言代碼中通過(guò)直接計(jì)算得到結(jié)果的語(yǔ)句或函數(shù)可以用查找表或常數(shù)數(shù)值代碼，所以可以提高指令執(zhí)行速度。

　　2.1.4 用整型數(shù)（int）表示浮點(diǎn)數(shù)

　　在程序的編寫(xiě)過(guò)程中，應(yīng)盡量采用定點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于C語(yǔ)言，盡量采用整型（int）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在基于C62x的C語(yǔ)言中，整型數(shù)據(jù)占用4個(gè)字節(jié)，其所能表示的數(shù)據(jù)范圍是：-214783648~2147483647.因?yàn)閷?shí)際算是的數(shù)據(jù)通常都是浮點(diǎn)的，所以需要把浮點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)定標(biāo)轉(zhuǎn)化為整型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提高應(yīng)用程序的處理速度。小數(shù)位數(shù)的選取十分關(guān)鍵，既要使轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)處理滿足要求，又要防止在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出。

　　2.2 優(yōu)化C代碼

　　優(yōu)化C代碼包括合作編譯器選項(xiàng)、使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)、使用字訪問(wèn)短整型數(shù)據(jù)和使用軟件流水等。編碼器選項(xiàng)控制著編譯器的操作，其中有些選項(xiàng)可使C代碼優(yōu)化。

　　2.2.1 向編譯器指明不相關(guān)的指令

　　為使指令并行操作，編碼器必須確定指令間的關(guān)系或者相關(guān)性，即一條指令必須發(fā)生在另一條指令之后，只有不相關(guān)的指令才可以并行執(zhí)行。如果編譯器不能確定兩條指令是不相關(guān)的，則編譯器認(rèn)為它們是相關(guān)的，將安排它們串行執(zhí)行?？赏ㄟ^(guò)以下方式指明相關(guān)的指令：

　　·關(guān)鍵字const可以指定一個(gè)目標(biāo)，const表示一個(gè)變量或者一個(gè)變量的存儲(chǔ)單元保持不變，使用const可以提高代碼的性能和適應(yīng)性。

　　·一起使用-pm選項(xiàng)和-03選項(xiàng)可以確定程序優(yōu)先級(jí)。在程序優(yōu)先級(jí)中，所有源文件都被編譯成一個(gè)模塊，該模塊通過(guò)編譯器進(jìn)行優(yōu)化和產(chǎn)生代碼，從而使編譯器更有效地消除上關(guān)性。

　　·使用-mt選項(xiàng)向編譯器說(shuō)明在代碼中不存在存儲(chǔ)器相關(guān)性，即允許編譯器在無(wú)存儲(chǔ)器相關(guān)性的假設(shè)下進(jìn)行優(yōu)化。

　　2.2.2 使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)（intrinsics）

　　C62x編譯器提供的內(nèi)聯(lián)函數(shù)是直接映射為內(nèi)聯(lián)的C6000指令的特殊函數(shù)，用戶可以用內(nèi)聯(lián)函數(shù)來(lái)快速優(yōu)化C代碼。

　　2.2.3 使用字訪問(wèn)短整型數(shù)據(jù)

　　內(nèi)聯(lián)函數(shù)中有些指令是對(duì)存儲(chǔ)在32位寄存器的高16位和低16位字段進(jìn)行操作。當(dāng)有大量短整型數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，可以使用字（整型數(shù)）訪問(wèn)兩個(gè)短整型數(shù)據(jù)，然后使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，從而減少對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)。

　　2.2.4 使用軟件流水

　　軟件流水是采用安排循環(huán)指令的方法使循環(huán)多次迭代并行執(zhí)行的一種技術(shù)。在編譯時(shí)，使用-o2選項(xiàng)和-o3選項(xiàng)，編譯器可對(duì)循環(huán)代碼實(shí)現(xiàn)軟件流口。為填滿軟件流水線，軟件流水結(jié)構(gòu)需要執(zhí)行的循環(huán)迭代次數(shù)稱為循環(huán)次數(shù)。當(dāng)編譯器不能確定循環(huán)總數(shù)與循環(huán)次數(shù)的大小時(shí)，就產(chǎn)生了兩種形式的循環(huán)；循環(huán)總數(shù)小于循環(huán)次數(shù)時(shí)，執(zhí)行不流水形式環(huán)；循環(huán)總數(shù)大于循環(huán)次數(shù)時(shí)，執(zhí)行軟件流水形式循環(huán)?？梢允褂?ms選項(xiàng)使編譯器根據(jù)循環(huán)次數(shù)僅產(chǎn)生一種循環(huán)形式。用戶可以通過(guò)系列方法向編譯器傳遞循環(huán)次數(shù)信息：使用-03和-pm選項(xiàng)，使優(yōu)化器訪問(wèn)整個(gè)程序，了解循環(huán)次數(shù)信息；使用-nassert內(nèi)聯(lián)函數(shù)，防止冗余循環(huán)產(chǎn)生。用戶可以使用投機(jī)執(zhí)行（-mh選項(xiàng)）消除軟件流水循環(huán)的排空，從而減少代碼尺寸。

　　由于在嵌套循環(huán)中編譯器僅對(duì)里面的循環(huán)執(zhí)行軟件流水，因此對(duì)于執(zhí)行周期很少的內(nèi)循環(huán)進(jìn)行循環(huán)展開(kāi)，對(duì)外循環(huán)進(jìn)行軟件流水，這樣可以改進(jìn)C代碼的性能。

　　2.3 編寫(xiě)線性匯編代碼

　　編寫(xiě)線性匯編代碼是代碼開(kāi)發(fā)流程的第三個(gè)階段。線性匯編代碼類似于通常的C6000匯編代碼，不同的是編寫(xiě)線性匯編代碼不需要指明使用的寄存器、指令的并行與否、指令的延遲周期和指令使用的功能單元，匯編優(yōu)化器會(huì)根據(jù)情況確定這些信息。線性匯編文件使用一些匯編優(yōu)化器偽指令來(lái)區(qū)分線性匯編和通常的匯編代碼，.cproc命令和。endpro命令限定了匯編優(yōu)化器優(yōu)化的代碼段，.cproc命令放在代碼段的開(kāi)始，.endproc命令放在代碼段的結(jié)尾；.reg命令使匯編優(yōu)化器為數(shù)值，選擇一個(gè)寄存器，這個(gè)寄存器與對(duì)該值進(jìn)行操作的指令所選擇的功能單元一致；.trip命令指出循環(huán)的迭代次數(shù)。優(yōu)化線性匯編代碼的方法包括：為線性匯編指令指定功能單元，使得的匯編指令并行執(zhí)行；使用字訪問(wèn)短整形數(shù)據(jù)；使用軟件流水對(duì)循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化。

　　3 在TMS320C6201上實(shí)現(xiàn)寬帶毫米波雷達(dá)目標(biāo)時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法

　　寬帶毫米波雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別算法對(duì)于實(shí)時(shí)算是的需求是比較苛刻的，例如某種寬帶雷達(dá)導(dǎo)引頭目標(biāo)識(shí)別處理時(shí)間要求小于1.5ms,即要求目標(biāo)識(shí)別算法在1.5ms內(nèi)對(duì)一組數(shù)據(jù)完成處理，正確 地把目標(biāo)識(shí)別出來(lái)。在多層前饋感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中引入時(shí)延單元可以使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增加記憶功能，由此導(dǎo)出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型適合應(yīng)用于處理序列數(shù)據(jù)。寬帶毫米波雷達(dá)目標(biāo)時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的基本原理為：對(duì)一維距離像進(jìn)行非相干平均和自適應(yīng)門(mén)限、等距離間隔峰值不采樣預(yù)處理，獲得較穩(wěn)定的低維樣本后，作為特征矢量提供給時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器進(jìn)行自動(dòng)分類識(shí)別。時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為三層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為17,網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10,網(wǎng)絡(luò)輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)為3.采用大量的訓(xùn)練樣本集對(duì)時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，然后應(yīng)用C62x的軟件設(shè)計(jì)方法，在TMS320C6201EVM板上實(shí)現(xiàn)寬帶毫米波雷達(dá)目標(biāo)時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法。

　　在程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中，對(duì)于經(jīng)常用到的兩個(gè)函數(shù)值1.0/（1.0+exp（-x））和tanh（x）采用查找表的方法來(lái)提高程序執(zhí)行速度。根據(jù)對(duì)程序的測(cè)試，使用整型數(shù)（int）表示浮點(diǎn)數(shù)，選取整型數(shù)的低13位來(lái)表示小數(shù)。支持TMS320C6201 EVM板的開(kāi)發(fā)軟件Code Composer Studio（CCS）是一個(gè)集編譯、連接、實(shí)時(shí)調(diào)試、跟蹤和分析應(yīng)用程序于一體的開(kāi)發(fā)軟件包。CCS能夠加快用戶的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，增強(qiáng)用戶的應(yīng)用能，使用戶可以實(shí)時(shí)地創(chuàng)建和調(diào)試數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用程序。在開(kāi)發(fā)軟件CCS的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，綜合應(yīng)用C62x的軟件設(shè)計(jì)方法可以編寫(xiě)和優(yōu)化時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的C代碼。

　　經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，在TMS320C6201上實(shí)現(xiàn)寬帶毫米波雷達(dá)目標(biāo)時(shí)延神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的程序執(zhí)行時(shí)間為0.850ms,滿足了目標(biāo)識(shí)別算法的實(shí)時(shí)性需求，取得了比較好的處理效果。