CCS软件优化.ppt

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1、CCS软件优化,赵翠芳,主要内容,优化方法 软件流水 多周期循环流水线设计 理解软件优化结果的反馈信息,优化方法,优化和优化过程概述（复习） 利用代码生成工具对C代码进行优化（复习） 汇编代码的优化,概述,程序优化：对软件代码进行处理以获得以下两个主要目标： 更快的运行时间 更大的代码大小 Note: 一般在更快的执行速度和更小的代码大小之间需要进行一个折中（trade off),概述,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）算法映射结构 DSP适合对大量数据

2、做相同的运算,概述,为实现高效代码，编程者必须熟练掌握以下几个方面的知识： 处理器结构 编程语言：C、汇编、线性汇编 代码生成工具：编译器、汇编器、连接器,代码优化的三个层次,1、C语言级的优化 2、线性汇编优化 3、手工汇编优化,C语言级的优化编译器选项,C优化编译器 使用ANSI C代码语言，可达到手工汇编代码效率的80%。如选择-o2,-o3等 整个优化过程包括不同阶段、不同层次的优化。 必须掌握每个阶段、层次的优化知识。,C语言级优化 C语言程序优化,通过下述方法改进C语言程序，可以提供编译出代码的性能： 1、使用intrinsics内联函数替代复杂的C语言程序。 2、对短字长的数据使

3、用宽长度的存储器访问数据打包处理(Packed Data Processing) 3、改进C语言循环程序，使之更有利于用软件流水技术优化。,线性汇编语言简介,线性汇编语句的基本结构 线性汇编中的伪指令 线性汇编资源安排 C代码转换为线性汇编,线性汇编语句的基本结构,基本格式与汇编语言相同，必须是ASCII码文件，扩展名必须是”.sa”，用作汇编优化器的输入文件 Label: | register mnemonic unit specifier operand list ;commend,线性汇编中的伪指令,1、调用一个函数 .call ret_reg=func_name(arg1,arg2)(

4、仅在过程procedure)内有效 2、定义一个可被汇编优化器优化，而且可被C/C+当做函数调用的线性汇编代码段的伪指令。 label .cproc vari1,vari2, 起始 .endproc 结束 3、定义一个可被汇编优化器优化的线性汇编代码段的伪指令。 label .proc vari1,vari2, 起始 .endproc 结束,线性汇编中的伪指令,4、表明存储器地址相关与不相关的伪指令 .mdepsymbol1,symbol2 1,2相关 .no_mdep 其后定义的函数段内存储器地址不相关 5、定义变量，或者说描述存入寄存器的数值变量的伪指令： .reg variable1,v

5、ariable2, 6、过程的返回值 .return argument 7、指出循环迭代次数的伪指令 label .trip minimum value,线性汇编资源安排,读取指令(LDH)必须使用.D单元 乘法指令(MPY)必须使用.M单元 加法指令(ADD)必须使用.L单元 减法指令(SUB)必须使用.S单元 跳转指令(B)必须使用.S单元,线性汇编,线性汇编文件使用“.sa”扩展名 线性汇编过程可以： 传递参数 返回结果 使用符号变量 不考虑流水线问题,写线性汇编代码举例点积,写线性汇编代码举例FIR滤波器 简写为,C代码转换为线性汇编,short DP(short *m, short

6、*n, short count) short i ; short product ; short sum = 0 ; for(i=0;icount;i+) product = mi * ni ; sum += product ; return(sum) ; ,线性汇编,实现上式，需要包括如下步骤： (1)加载采用点数据xi (2)加载滤波器系数hi (3)xi和hi相乘 (4)将(xi*hi)加入累加和 (5)将循环进行步骤1to4共40次 (6)累加器中的累计和保存入变量y.,C代码转换为线性汇编,第一步：定义函数名称、实现参数传递 short DP(short *m, short *n,

7、short count) .def _DP _DP .cproc cptr0,cptr1,vptr 1).def为definition的缩写 2).cproc表示本函数是C可调用函数，其后为所传递的参数,C代码转换为线性汇编,第二步：暂时存放临时数据的寄存器定名，由.reg ( register)完成 .reg addr_a,addr_x .reg m,n .reg product,sum,C代码转换为线性汇编,第三步，数据初始化 MV cptr0,addr_a MV cptr1,addr_x ZERO sum 前两句将数组a 和x 的首地址存入名为addr_a和addr_x的寄存器变量，以便

8、其后实现对数组的访问；最后一句是累加寄存器清零。,C代码转换为线性汇编,第四步处理程序的循环体部分 定义一个标号loop:作为循环返回的标志；然后按照原C程序语句顺序改写成汇编语句(不必指定指令执行的功能单元)： product = mi * ni ; 改写 LDH *addr_a+,m LDH *addr_x+,n MPY m,n,product sum += product ; 改写为 ADD sum,product,sum,C代码转换为线性汇编,将循环变量vptr(即count)减一；利用C6x指令的条件执行功能通过对vptr是否为零的判断条件执行跳转指令： if ( vptr!=0)

9、then B loop 最后，.return实现数据的返回。 一切工作完成后，使用.endproc作为函数结束的标志。,C代码转换为线性汇编,.def _DP _DP .cproc cptr0,cptr1,vptr .reg addr_a,addr_x .reg m,n .reg product,sum MV cptr0,addr_a MV cptr1,addr_x ZERO sum loop: LDH *addr_a+,m LDH *addr_x+,n MPY m,n,product ADD sum,product,sum SUB vptr,1,vptr vptr B loop .retur

10、n sum .endproc,线性汇编不需要指出和考虑： 功能单元 寄存器 延迟间隙,.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,.reg伪指令： 声明符号变量，变量由优化器 选择与功能单元一致的寄存器 .reg在.(c)proc/ .endproc内有效 当变量为40/64bit时,变量使用 寄存器对格式：如ahi:alo,.cproc variable1,variable2,： 给出输入参数 .return：给出返回结果 .return仅在.cproc/ .endproc内有效,.proc register1,register2, ; 给出输入

11、参数 .reg p_m， mv register1, p_m ；建立输入寄存器 : ；与变量关系 mv sum, register1 .endproc register1,register2, ;给出返回结果,C代码转换为线性汇编,short DP(short *m, short *n, short count) short i ; int pro_h, pro_l ; int sum_h = 0 ; int sum_l = 0 ; int sum = 0 ; int *data_a = ( int *) m ; int *data_x = ( int *) n ; count = count

12、 1 ; for(i=0;icount;i+) pro_l = _mpy( data_ai, data_xi) ; pro_h = _mpyh( data_ai, data_xi) ; sum_l += pro_l ; sum_h += pro_h ; sum = sum_l + sum_h ; return( sum) ; ,.def _DP _DP .cproc cptr0,cptr1,vptr .reg addr_a,addr_x .reg product0,product1,sum0,sum1 .reg m,n MV cptr0,addr_a MV cptr1,addr_x ZERO

13、sum0 ZERO sum1 SHR vptr,1,vptr loop: LDW *addr_a+,m LDW *addr_x+,n MPY m,n,product0 MPYH m,n,product1 ADD sum0,product0,sum0 ADD sum1,product1,sum1 SUB vptr,1,vptr vptr B loop ADD sum0,sum1,sum0 .return sum0 .endproc,保护寄存器,Dotp: .cproc p_m, p_n, count .reg p_m, m, p_n, n, prod,sum,count .reserve a3

14、zero 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,.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，优化器也可能使用该寄存器，如：,指出运算迭代次数,Dotp: .cproc p_m, p_n, count .reg p_m, m, p_n, n, prod,sum,count zero sum loop: .trip 4

15、0 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,指出运算迭代次数,汇编优化,汇编优化,可以通过以下方法对代码进行优化 (1)写并行代码 (2)有用的代码填充延迟间隙 (3)循环展开 (4)字长优化,第一步：写并行代码,第一步：写并行代码,第一步：写并行代码,第二步：有用的代码填充延迟间隙,第三步：循环展开,每循环一次，SUB and B指令至少会由两个附加的周期,第四步：字长优化,使用字访问半字数据

16、使用双字字访问字数据 不同的乘法指令可供选择 操作数可以是有符号，也可以是无符号的 乘法指令需一个延迟间隙,使用LDH的点积,使用LDW的点积,使用LDW/MPYH,第四步：字长优化,按照word进行数据访问，MPY 和MPYH代码可写为： Note: 每个循环中能够实现两个16*16bit的乘法， 所以整个循环的运行时间会减半。,优化结果小结,优化小结,可知，代码优化可以采用以下四种方法： 写并行代码 有用的代码填充延迟间隙 字长优化 循环展开 提高性能？减小代码大小？,学习目标,为什么要使用软件流水，SP? 理解软件流水的基本概念 软件流水的实现步骤 编写字访问的、流水的点积程序 流水填充

17、和排空对软件流水的设计影响,为什么要使用软件流水，SP?,SP可以实现高度优化的循环代码： 写并行代码 延迟间隙填充有效的指令代码 最大化功能单元的使用率 SP实现途径：由开发工具产生 编译选项-o2-o3 如果是.sa文件，要用到汇编优化器,软件流水概念,假设所有的指令均在一个周期内完成 左边的代码执行1次，需 要多少个时钟周期？ （不考虑延迟间隙） 3 cycles,软件流水概念,左边的循环执行5次，要多少个时钟周期？ 5*3=15 cycles,看一下功能单元的使用情况,无软件流水,软件流水,只需7个时钟周期，是非软件流水时钟周期的一半,软件流水,建立循环,完成最后操作,单周期循环，3次

18、迭代,软件流水代码,软件流水的步骤,1 C代码实现算法并且验证 2 写C6x的线性汇编代码 3 创建相关图 4 分配寄存器 5 创建编排表 6 将编排表转换成C6X代码,软件流水举例（第一步）,写C6X的线性汇编代码(第二步）,书写线性汇编语言程序的基本法则： 自上而下，按照程序要完成的功能的逻辑顺序书写线性汇编语句,写C6X的线性汇编代码(第二步）,1 不需要NOP填充（延迟间隙） 2 不需要编排并行 （并行语句） 3 不需要指定：功能单元、寄存器,简单估计,相关图的几个术语,画相关图的基本步骤,(a)根据算法画出节点和路径 (b)标出每一条指令执行完毕需要的周期数 (c)对每个节点指定”r

19、equired”功能单元 (d)将节点划分为A、B两侧，再给所有功能单元进行A、B两侧的分配,画相关图(a),每条指令均被表示成一个节点 节点由一个圆圈表示 圈外：标明指令 圈内：结果将要写入的寄存器 节点由一个圆圈表示 节点之间由路径相连，表示数据流向 Note:条件路径由虚线表示,画相关图(a),画相关图(a),画相关图(a),画相关图(b),下一步中，在相关图中加入每条指令执行完毕需要的周期数 具体位置：写在相应数据路径的旁边。,画相关图(b),画相关图(c),下一步，给每个节点分配功能单元 建议先给需要特殊功能单元的指令进行分配： load/Store Branch 因为，.M单元是能

20、够执行乘法的唯一功能单元，所以不需要对其进行特殊考虑。 Note:此时还没有考虑A侧和B侧,画相关图(c),画相关图(d),这一步需要对数据路径进行A侧、B侧的划分 使用尽量多的功能单元，同时尽量少的使用交叉通道以优化相应的代码 在相关图上由一根直线来体现划分结果 这样，每条指令对应的功能单元可以带上药采用哪一组寄存器的信息,画相关图(d),第四步 分配功能单元,功能单元分配必须满足下列规则： ADD 和 SUB还可以使用.S,.L,.D单元,第四步 分配功能单元,第四步 分配功能单元,第五步 创建编排表,分析软件流水技术的基本方法模迭代编排表 从最长数据通路开始 尽可能早开始 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 创建编排表,如何知道循环结束于第8个时钟周期,填充长度,数出最长一条路径的长度(周期数）即可 5+2+1=8 cycles.,第五步 创建编排表,第五步 创建编排表,第五步 创建编排表,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,第六步 将编排表转换成C6x代码,Note：单周期循环执行40次,