【摘要】：針對(duì)BWDSP100體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn),基于循環(huán)展開、指令調(diào)度以及軟件流水等并行優(yōu)化技術(shù),結(jié)合多簇超長(zhǎng)指令架構(gòu)的特點(diǎn),通過使用超算硬件指令、零開銷循環(huán)、指令重新編排與并行等方法對(duì)BWDSP100數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)庫中的函數(shù)實(shí)施并行化,并基于庫中原有的順序版本實(shí)現(xiàn)并行優(yōu)化版本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在4宏并行化模式下,所有函數(shù)加速比達(dá)到9以上,90%的函數(shù)加速比超過10,平均加速比為11.12。
【圖文】：

宏由8個(gè)算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit，ALU)、4個(gè)乘法器(Multiplier，MUL)、2個(gè)移位器(Shifter，SHF)、1個(gè)超算器(SuperUnit，SPU)和1個(gè)通用寄存器組組成。每個(gè)通用寄存器組包含64個(gè)寄存器，編號(hào)為Ｒ0～Ｒ63。(3)包含3個(gè)地址產(chǎn)生器，編號(hào)為U，V，W，結(jié)構(gòu)相同，相互獨(dú)立工作，使用哪個(gè)地址產(chǎn)生器由指令決定。每個(gè)地址產(chǎn)生器內(nèi)部包含16個(gè)寄存器，編號(hào)為0～15。(4)共有11級(jí)流水線，分別為取指3級(jí)、指令緩沖池3級(jí)、譯碼2級(jí)、取操作數(shù)1級(jí)、執(zhí)行1級(jí)和寫回1級(jí)，采用多級(jí)取指支持分支預(yù)測(cè)，以減少流水線的性能開銷。圖1BWDSP100硬件結(jié)構(gòu)48

第42卷第3期甄揚(yáng)，顧乃杰，葉鴻:數(shù)字信號(hào)變換函數(shù)在多簇VLIWDSP上的優(yōu)化算法2的實(shí)現(xiàn)性能平均提升1．5倍。算法1～算法3的性能比較如圖2所示。圖2算法1～算法3的性能比較4．2并行實(shí)現(xiàn)級(jí)優(yōu)化進(jìn)一步發(fā)掘并行性的潛力，按照3．3節(jié)介紹的方法對(duì)算法3進(jìn)行循環(huán)展開，得到算法4。該算法性能不夠穩(wěn)定，這是因?yàn)殡S著向量長(zhǎng)度的變化，需要處理的循環(huán)尾部大小也在變化，導(dǎo)致算法的時(shí)間消耗不能嚴(yán)格按照線性遞增，而是出現(xiàn)波動(dòng)。為此，在對(duì)循環(huán)進(jìn)行循環(huán)展開的同時(shí)，在每一路運(yùn)算的過程中加入零開銷循環(huán)進(jìn)行判斷，效果相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)計(jì)數(shù)器，一旦循環(huán)迭代次數(shù)達(dá)到循環(huán)體要求自動(dòng)跳出，這樣得到算法5。該算法性能比較穩(wěn)定，斜率變化的幅度趨于平滑。算法4和算法5的性能比較如圖3所示。圖3算法4和算法5的性能比較基于算法5進(jìn)行循環(huán)展開得到算法6。測(cè)試結(jié)果表明循環(huán)展開對(duì)性能的提升很明顯，算法6相比于算法5的平均加速比為6．96。再按照3．4節(jié)介紹的方法對(duì)算法6進(jìn)行指令調(diào)度，得到算法7。算法7相對(duì)于算法6的平均加速比為1．23。值得注意的是指令調(diào)度對(duì)循環(huán)性能的提升比較穩(wěn)定，不會(huì)受到尾部大小的影響。原因在于它是通過調(diào)整循環(huán)內(nèi)部指令的執(zhí)行次序來提升性能的，對(duì)每次循環(huán)都有提升作用［15］。算法6和算法7的性能比較如圖4所示。圖4算法6和算法7的速度比較5整體測(cè)試結(jié)果BWDSP100信號(hào)處理函數(shù)庫中的例程數(shù)量較多，，如果使用所有函數(shù)并行化加速比的平均值作為參照標(biāo)準(zhǔn)，則不能真實(shí)反映并行化效果。數(shù)字信號(hào)變換函數(shù)屬于庫中較為底層的基礎(chǔ)函數(shù)，本文主要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。由于多數(shù)函數(shù)在實(shí)現(xiàn)時(shí)存在比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系和多重循環(huán)，加之程序中存在的大量分支判斷語句和不可并行化的求值計(jì)算，使得有些函數(shù)難以做到完全意義上的并行化

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本文編號(hào)：2561774