[發(fā)明專利]基于GPDSP的大點(diǎn)數(shù)FFT向量化匯編代碼生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810530711.8
• 申請(qǐng)日: 2018-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN108776586B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉仲;郭陽(yáng);魯建壯;田希;扈嘯;陳海燕;孫永節(jié);陳躍躍;劉勝;吳家鑄;王麗萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F8/30
• 分類號(hào): G06F8/30
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長(zhǎng)清;胡君

本發(fā)明公開一種基于GPDSP的大點(diǎn)數(shù)FFT向量化匯編代碼生成方法，步驟包括：S1.構(gòu)建用于實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)的多個(gè)核心模塊，各模板包括所需參數(shù)的參數(shù)列表；S2.構(gòu)建大點(diǎn)數(shù)FFT的框架模板，框架模板中分別使用各模塊實(shí)現(xiàn)大點(diǎn)數(shù)FFT計(jì)算；S3.使用預(yù)先構(gòu)建的匯編代碼生成模塊將框架模板中各核心模塊轉(zhuǎn)換為匯編代碼，最終生成所需的大點(diǎn)數(shù)FFT匯編代碼。本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、使用靈活、能夠?qū)崿F(xiàn)大點(diǎn)數(shù)FFT向量化匯編代碼的自動(dòng)化生成，且生成效率及性能高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GPDSP（General-Purpose Digital Signal Processor，通用計(jì)算數(shù)字信號(hào)處理器）技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GPDSP的大點(diǎn)數(shù)FFT向量化匯編代碼生成方法。

背景技術(shù)

離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT）在現(xiàn)代信號(hào)處理系統(tǒng)領(lǐng)域里應(yīng)用廣泛，是典型的計(jì)算密集和訪存密集型應(yīng)用，例如N點(diǎn)的DFT變換的計(jì)算復(fù)雜度為 o(N²)。1965 年Cooley 和Turkey 提出一種快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）計(jì)算方法，可顯著地減少運(yùn)算量，計(jì)算復(fù)雜度由原來(lái)的o(N²)降到o(Nlog₂N)。

現(xiàn)有的數(shù)值軟件代碼的性能在很大程度上取決于平臺(tái)的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)、處理器提供的特殊指令（特別是向量指令）的使用等，而這些往往與處理器的微體系結(jié)構(gòu)特性息息相關(guān)，更為重要的問題是，不同的平臺(tái)之間的特性差異很大，使得最優(yōu)化的代碼會(huì)嚴(yán)重依賴于平臺(tái)。因此一個(gè)合理的實(shí)現(xiàn)和最好的實(shí)現(xiàn)之間的性能差距越來(lái)越大，如在Pentium4上實(shí)現(xiàn)的離散傅立葉變換代碼，GNU科學(xué)庫(kù)和英特爾供應(yīng)商的IPP庫(kù)的運(yùn)行性能差距達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，后者主要是手工編寫和調(diào)優(yōu)的匯編代碼，而新平臺(tái)的發(fā)布使得手工編寫的代碼需要重新實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化，這仍然需要耗費(fèi)大量的工作量，復(fù)雜度及成本高。

雖然從理論上來(lái)說(shuō)編譯器是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化性能最理想的解決方案，因?yàn)樵创a并不需要重新編寫，但是編譯器的技術(shù)進(jìn)步趕不上硬件的發(fā)展速度，即使是簡(jiǎn)單的計(jì)算問題，使用編譯器往往只能產(chǎn)生低效率的代碼，存在上述問題主要有兩個(gè)：其一是缺乏可靠的程序優(yōu)化技術(shù)，當(dāng)前日益復(fù)雜的機(jī)器也使這一問題進(jìn)一步惡化，雖然編譯器通常可以采用許多不同的方式轉(zhuǎn)換代碼段，但是沒有能夠保證成功的最優(yōu)化的方法；其二是很多重要的性能改進(jìn)都是從算法變換中獲得，而這超越了當(dāng)前編譯器所能夠達(dá)到的能力，大量算法變換依賴于算法的信息，而這些信息很難從一個(gè)高層次的語(yǔ)言中提取。

GPDSP作為一種異構(gòu)多核處理器，它包含CPU核單元和DSP核單元，其中CPU核單元主要用于負(fù)責(zé)包括存儲(chǔ)管理、文件控制、進(jìn)程調(diào)度、中斷管理任務(wù)在內(nèi)的通用事務(wù)管理以及提供對(duì)通用操作系統(tǒng)的完整支持；DSP核單元包含若干具有強(qiáng)大計(jì)算能力的64位向量處理陣列，用于支持高密集運(yùn)算任務(wù)的解算，DSP核包含標(biāo)、向量寄存器文件，標(biāo)量L1D、向量陣列存儲(chǔ)、片內(nèi)共享存儲(chǔ)以及外部DDR存儲(chǔ)等復(fù)雜的多級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。而復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)對(duì)高效代碼的生成帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，通過編譯器產(chǎn)生的庫(kù)函數(shù)匯編代碼很難實(shí)現(xiàn)各級(jí)存儲(chǔ)間的高效數(shù)據(jù)訪問和傳遞，傳統(tǒng)的面向Cache結(jié)構(gòu)的分塊矩陣乘法方法也不適合GPDSP的非Cache的向量陣列存儲(chǔ)訪存模式和向量處理陣列并發(fā)向量處理的體系結(jié)構(gòu)特征，難以發(fā)揮GPDSP向量計(jì)算優(yōu)勢(shì)。

目前對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用系統(tǒng)所調(diào)用的高性能庫(kù)函數(shù)，通常都是用手工匯編精心優(yōu)化，如何針對(duì)GPDSP復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)特征快速生成高效的庫(kù)函數(shù)匯編代碼是當(dāng)前面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，而其中基于GPDSP架構(gòu)實(shí)現(xiàn)大點(diǎn)數(shù)FFT向量化匯編代碼生成是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、使用靈活、能夠?qū)崿F(xiàn)代碼自動(dòng)化生成，且生成效率及性能高的基于GPDSP的大點(diǎn)數(shù)FFT向量化匯編代碼生成方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：