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

        2019-12-23 09:28:13馮艷清李德生熊愛金
        電腦知識與技術(shù) 2019年31期

        馮艷清 李德生 熊愛金

        摘要:針對定點(diǎn)DSP在進(jìn)行取自然對數(shù)運(yùn)算時運(yùn)算速度慢,無法滿足日益增長的高速數(shù)字信號處理需求這一問題提出一種快速算法。該算法在分析浮點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲格式的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出該快速算法,并用c語言在TMS320C6455平臺上進(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數(shù)運(yùn)算速度。

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

        中圖分類號:TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        文章編號: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),用來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。按照DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式來分類,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)字信號處理運(yùn)算過程中,取自然對數(shù)時一種常用的運(yùn)算,但定點(diǎn)DSP由于沒有浮點(diǎn)乘法器,所以在進(jìn)行該運(yùn)算時運(yùn)算速度較慢,無法滿足對運(yùn)行時間要求嚴(yán)格的場合。本文分析了浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲格式,運(yùn)用對數(shù)基本運(yùn)算規(guī)則,提出一種快速取對數(shù)的算法并用C語言進(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個字段,如圖1所示。

        3算法實(shí)現(xiàn)

        3.1實(shí)現(xiàn)平臺概述

        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。同時提供了高速接口SRIO和千兆以太網(wǎng)控制器(MAC)。

        3.2 C語言實(shí)現(xiàn)算法

        3.3算法驗(yàn)證

        在TMS320C6455軟件仿真平臺下進(jìn)行了兩種算法的仿真運(yùn)行并進(jìn)行對比,算法1使用C語言標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)庫進(jìn)行運(yùn)算,算法2使用本算法進(jìn)行運(yùn)算。通過仿真軟件時鐘測量功能可知:算法1運(yùn)行需要5274個時鐘,算法2運(yùn)行需要394個時鐘,算法2運(yùn)行時間壓縮到算法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

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

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