基于Xtensa可配置处理器技术的视频加速引擎开发技术

量。软件工具也建立“MOVE”操作，用于将各种C数据类型转换为新的定制数据类型。因此，采用sub.abs.ac16过程和新寄存器文件后的SAD内核C程序代码如下：

for (row = 0; row numrows; row++) {

myRegFile128 mblk1, mblk2;

mblk1 = macroblk1[row];

mblk2 = macroblk2[row];

sub.abs.ac16( accum, mblk1, mblk2);

} /* row loop */

现在C/C++编译器将会产生一条MOVE指令，将数据从一般的C数据类型移到定制的C数据类型“myRegFile128”，并为新寄存器文件分配寄存器。

8、建立高数据带宽的加载/存储接口

为了对高带宽定制寄存器文件(以及相应的单指令流多数据流SIMD功能部件)进行数据存取，处理器应当具有高带宽数据加载/存储操作能力。对可配置处理器而言，设计人员能够说明定制加载和存储操作指令，直接完成对定制寄存器文件的高带宽加载/存储数据操作。然后，编译器自动产生与高带宽加载/存储接口相应的加载/存储指令。

经过更新后的处理器数据通路如图6所示。硬件生成工具产生高带宽的定制寄存器文件、与数据存储器相关的加载/存储接口以及相应的前馈逻辑、控制逻辑和旁通逻辑。硬件工具还产生相应的硬件逻辑，用于将数据从基准寄存器文件移到用户定义的寄存器文件中。

图6 插入寄存器文件和高带宽加载/存储接口的数据通路

9、更新地址的同时进行加载

或者存储操作

Xtensa可配置处理器允许用户建立另一个非常有用的功能扩展，即建立一条指令，能够同时完成地址更新操作和数据加载/存储操作。建立的新的加载/存储操作指令能够并发完成如下功能： Load A1 ← Memory(Addr1);Addr1 = Addr1 + IndexUpdate

该指令能够完成“背靠背”的加载/存储操作，而不需要专门指令对地址进行更新。

10、建立先进先出(FIFO)接口

和通用输入/输出端口

视频和音频均为流媒体，需要对处理器进行快速数据访问。传统的处理器受限于系统总线接口，以及数据操作执行前对所以数据的加载与存储访问。

为支持流媒体数据/输出操作，Xtensa可配置处理器允许设计人员定义先进先出(FIFO)接口以及通用输入/输出(GPIO)端口，以便直接对数据通路进行读写访问。FIFO和GPIO端口可以是任意数据宽度(可达1024位)，数量不限(每个可包含1024个FIFO和GPIO端口)。这些高带宽接口可以直接与数据通路相连，提供很高的数据吞吐量，通过处理器内核对数据进行读、处理和写操作，这对于多媒体和网络应用而言是非常重要的。

具有FIFO接口和GPIO端口的数据通路如图7所示。处理器可以进行如下操作：首先从两个FIFO(在确保两个先进先出队列均不空的情况下)中取出数据，然后计算一个复操作(例如一个乘累加舍入操作)，最后将计算结果压入输出FIFO(在确保先进先出队列不满的情况下)。然后，硬件生成工具产生相应的接口信号、控制逻辑和旁通逻辑等;为配置的处理器产生完整的RTL代码。软件生成工具产生一套完整的编译器工具，以及时钟周期精确的指令集仿真器ISS，用于对新指令进行仿真。注意到，这种由设计人员定义FIFO接口和GPIO端口的能力是Xtensa可配置处理器所独有的。

图7 采用定制先进先出(FIFO)接口和通用输入输出(IO)端口的高速通信

11、加速复杂的控制密集型代码的执行

多媒体应用中控制代码的数量与复杂性显著增长，使得程序中数据密集型操作与计算时间近似等价。例如，H.264主程序译码器中的关键部分为CABAC(上下文相关二进制算术编码)算法。该算法几乎完全是具有数据计算和数据比较的控制流判决树。

由于计算的复杂性非常高，绝大多数传统处理器均采用专用的RTL加速器来完成CABAC算法。然而，在可配置处理器上可以通过增加一组专用指令来更加有效地实现CABAC算法。这种实现方法的好处是避免了数据在处理器和RTL加速器之间不停地交换数据。采用可配置处理器的另一个好处是采用指令扩展技术，由于专用硬件在处理器内部，因此可以更好地进行硬件和软件界面划分。

12、小结

现代可配置和可扩展处理器是构建定制视频和音频引擎的理想选择。Tensilica公司提供相关的视频和音频IP作为SOC模块，包括HiFi 2音频引擎、钻石系列标准的38xVDO(视频)多标准和多分辨率视频方法。与之匹配的软件编解码器是非常重要的。HiFi 2音频引擎与相关的软件一起可完成绝大部分流行的音频编解码器，例如MP3、AAC、WMA等。类似地，钻石 38xVDO 视频加速引擎与相应的编码器和译码器软件可以实现H.264 (包括Baseline、Main和profiles)、MPEG-4 (SP 和 ASP)、 MPEG-2、VC-1/WM9及其它标准。这些视频技术涵盖了从QCIF 到CIF以及SD各