Blackfin DSP的C语言优化之Circular Buffer

Blackfin提供了一组数据访问寄存器（DAG）用于提高对数据的访问效率，其中Circular Buffer是其一大特色。在汇编中，我们可以对它轻易地控制，但是在C语言下，并无法显式地使用它们。尽管如此，还是可以通过一些内建函数与编译选项提高数据的访问效率。

       Circular Buffer，即循环缓存，也就是指规定一段内存，假设起始地址为B,终止地址为B + L，当指针I大于B+L时，将自动将I调整为B + I % L。

       先看以下这个例子：

     for (i =0; i < 1000; i += n)
2     {
3         b[i % 80] = i;
4     }
5 

一般的CPU都没有硬件支持%操作，它实际上是用子程序完成的，效率上非常低。而Blackfin DSP提供的DAG通过合理设计，可以实现%操作。

为了加深一下理解，这里贴出一个手写的汇编例子及其对应的C代码：

　　

 

.import "stdio.h";
.section L1_data;
.byte str[] = 'the number:%d',10;
.section program;
.align 8;
.global _main;

_main:
    link 12;
    p0 = 0;
    b0 = p0;
    p1 = 9;    
    l1 = 4;
    i1 = 0;
    m1 = 1;
    lsetup(_main.l1, _main.l1.end) lc0 = p1;
_main.l1:
    i1 += m1;
_main.l1.end:
    r1 = i1;
    r0.l = lo(str);
    r0.h = hi(str);    
    call _printf;
    unlink;
    RTS;
_main.end:

　　对应的C代码：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    int x = 0;
    int i;

    for (i = 0; i < 9;i++)
        x = (x + 1) % 4;
    printf("the number:%d\n", x);
    return 0;
}

　　输出结果：

the number:1

好的，接下来我们谈谈如何在C语言中优化。

一种方法在编译时指定-force-circbuf选项，强制将所有循环索引和指针都用DAG实现，使用这种方法，程序员应该自己保证索引和指针总是在循环缓存范围内（即I应该总能在B和L之间）。

Visual DSP++的该选项位置：

 

另一种方法，也是推荐的方法，是使用内建函数指导编译器优化。Blackfin提供了两个函数，它们的头文件是ccblkfn.h。

循环索引：

 

long circindex(long index, long incr, unsigned long nitems);

　　循环指针：

void *circptr(void *ptr, long incr, void *base, unsigned long buflen);

首先看循环索引的例子，及其反汇编代码来说明如何优化：

 

#include <ccblkfn.h>
#include <stdio.h>
int b[1000];
int sum;

int main( void )
{
    int i, j, n = 20;

    for (i = 0;i < 1000; i += n)
    {
        sum += (i % 80);
    }    
    
    for (i = 0, j = 0; i < 1000; i += 20)
    {
        sum += j;
        j = __builtin_circindex(j, 20, 80);
    }
    return 0;
}

 

图中两个标注的地方分别是两个for语句内代码的反汇编，可以看出，第一个编译器并无优化，里面还用CALL调用了子函数。相比之下，第二个for每次循环只有2周期，效率相差至少5倍。

再看另一个有关循环指针的例子：

 

#include <ccblkfn.h>
#include <stdio.h>
int b[1000];
int sum;

int main( void )
{
    int i, j, n = 20;
    int *p;
    
    for (i =0; i < 1000; i += n)
    {
        b[i % 80] = i;
    }
    p = b;
    for (i = 0; i < 1000; i += n)
    {
        *p = i;
        p = __builtin_circptr(p, n ,b, 80);
    }
    
    return 0;
}

 

 　　从截图看到，两个for反汇编后的代码是一样的，说明编译器认为第一个for是可以安全优化的。

结语：尽管编译器可以自动对代码优化，但是并不是所有可以优化的地方都能检测出来，因此，有觉得有必要优化的地方，使用内建函数对编译器指导指导还是必要的。建议不使用-force-circbuf，在较大项目里，它使调试变得更困难。