基于定點(diǎn)DSP的自然對(duì)數(shù)運(yùn)算快速算法

馮艷清 李德生 熊愛(ài)金

摘要：針對(duì)定點(diǎn)DSP在進(jìn)行取自然對(duì)數(shù)運(yùn)算時(shí)運(yùn)算速度慢，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的高速數(shù)字信號(hào)處理需求這一問(wèn)題提出一種快速算法。該算法在分析浮點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出該快速算法，并用c語(yǔ)言在TMS320C6455平臺(tái)上進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)，仿真驗(yàn)證了該算法可以極大提高取自然對(duì)數(shù)運(yùn)算速度。

關(guān)鍵詞：定點(diǎn)DSP;自然對(duì)數(shù);快速算法

中圖分類(lèi)號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）31-0294-02

1背景

DSP芯片采用特殊設(shè)計(jì)的哈佛結(jié)構(gòu)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。按照DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式來(lái)分類(lèi)，DSP芯片可分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP。TI公司的TMS320C54X，TMS320C55X、TMS320C67Ix等系列的DSP芯片屬于定點(diǎn)DSP芯片，由于這類(lèi)DSP芯片運(yùn)行功耗低，在現(xiàn)代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還在廣泛采用。在數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算過(guò)程中，取自然對(duì)數(shù)時(shí)一種常用的運(yùn)算，但定點(diǎn)DSP由于沒(méi)有浮點(diǎn)乘法器，所以在進(jìn)行該運(yùn)算時(shí)運(yùn)算速度較慢，無(wú)法滿足對(duì)運(yùn)行時(shí)間要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。本文分析了浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式，運(yùn)用對(duì)數(shù)基本運(yùn)算規(guī)則，提出一種快速取對(duì)數(shù)的算法并用C語(yǔ)言進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。

2算法原理

計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)系處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，在一個(gè)典型的32位處理系統(tǒng)中，單精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)被分成3個(gè)字段，如圖1所示。

3算法實(shí)現(xiàn)

3.1實(shí)現(xiàn)平臺(tái)概述

算法在TMS320C6455上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)與仿真運(yùn)行。TMS320C6455是rrI公司的一款高性能單核定點(diǎn)DSP，主頻高達(dá)1.25GHz，0.8ns的指令周期.每周期執(zhí)行8條32位指令，最大峰值速度達(dá)到8000MIPS。與64X DSP架構(gòu)相比，代碼尺寸平均縮短了20%至30%，周期效率提高了20%、新指令包括復(fù)雜的32位寬乘法以及同步加減法指令，提高了快速傅里葉變換以及離散余弦變換的性能。同時(shí)提供了高速接口SRIO和千兆以太網(wǎng)控制器（MAC）。

3.2 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)算法

3.3算法驗(yàn)證

在TMS320C6455軟件仿真平臺(tái)下進(jìn)行了兩種算法的仿真運(yùn)行并進(jìn)行對(duì)比，算法1使用C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)庫(kù)進(jìn)行運(yùn)算，算法2使用本算法進(jìn)行運(yùn)算。通過(guò)仿真軟件時(shí)鐘測(cè)量功能可知：算法1運(yùn)行需要5274個(gè)時(shí)鐘，算法2運(yùn)行需要394個(gè)時(shí)鐘，算法2運(yùn)行時(shí)間壓縮到算法1的92%，極大地提高了計(jì)算速度。仿真結(jié)果如圖2所示。

4結(jié)束語(yǔ)

本算法利用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)在內(nèi)存地址空間中的存儲(chǔ)格式及對(duì)數(shù)運(yùn)算的性質(zhì)，將取對(duì)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為一個(gè)浮點(diǎn)乘法及查詢表操作，以空間換時(shí)間，極大地節(jié)省了取常用對(duì)數(shù)的運(yùn)算速度。本算法在基于定點(diǎn)DSP的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，可方便地移植到其他對(duì)運(yùn)行速度要求嚴(yán)格的定點(diǎn)DSP、單片機(jī)等32位處理平臺(tái)上。