TI 全新TMS320C66x 定點與浮點DSP內核成功挑戰速度極限

德州儀器 (TI) 全新 TMS320C66x 數字信號處理器 (DSP) 內核不僅為屢獲殊榮的 C64x+™ 指令集架構 (ISA) 帶來了顯著的性能提升，同時還在同一處理內核中高度集成了針對浮點運算的支持。浮點處理技術首次能夠用于傳統上僅能滿足定點處理運行速度要求的處理器中。該 C66x DSP 的 ISA 同時支持單精度和雙精度浮點操作，并全面兼容 IEEE 754 標準。這一完美組合造就了無與倫比的DSP，能夠在完全無損定點或浮點功能的情況下將浮點優勢引入高速嵌入式架構中。與其它很多可提供浮點協作單元的嵌入式處理器不同，TI 最新 C66x DSP 內核直接將浮點指令集嵌入到C64x 定點指令集中。在C66x CPU上，用戶可以選擇逐條執行浮點、定點指令，因為在 C66x 中浮點與定點運算能力已經被完全集成在一起。正是由于這樣，到底使用定點 DSP 還是浮點 DSP 已不再是設計上的挑戰，因為 C66x DSP 做到了雙全其美。

在同一 DSP 內核中集成定點與浮點功能將使嵌入式系統算法的開發與部署方式發生根本性變革。這聽起來似乎有點夸大其辭，不過事實的確如此。在定點數字系統中實施算法所付51系列串口通訊例程出的艱辛是不可估量的。但充分滿足對速度的需求又使這一工作勢在必行，因為到目前為止市面上還沒有任何可供使用的快速浮點DSP。我們能夠輕松、便捷地將采用 Matlab 等浮點運算工具開發的算法移植到 DSP 中，而無需費力轉換為定點方式處理。借助 TI 新型 C66x DSP 的浮點計算能力，大多數轉換工作已顯得沒有任何必要。

對二進制數字表示的回顧
包含 TI DSP 等在內的所有數字處理器均采用帶比特串（0 和 1 組成）的二進制形式表示數字。數字表示精度取決于所使用的比特位數和表示格式兩個方面。

定點系統使用比特表示一個固定取值范圍，這些值既可以是整數，也可以是具有固定數量的整數及小數位的數字。動態取值范圍因而顯得十分有限，而且超出設定范圍的值必須達到端點。

定點處理器通常采用每秒乘法計算次數表示其 16 位運算性能。為了充分利用處理器的處理能力（例如，為獲得其宣稱的全部性能），為這些處理器開發的算法不得不在一系列預先確定范圍的數字上進行操作。在定點實施過程中無法高效執行難以預知范圍或變化幅度大的數據集。

浮點表示通過采用科學計數法來提供更廣的動態范圍，從而可使用尾數（或叫有效數字）及指數進行表示。C66x 內核可對 32 個比特位表示的數值實施單精度浮點運算，其采用的表示形式如下：(−1)5 × M × 2(N−127)，其中 S 表示符號位，M 表示尾數或有效數字位，而 N 則表示指數。S 只有一個比特位，N 有 8 個比特位，而 M 以 23 個比特位表示。 這樣，數字表示范圍為 2−127 − 2128，并具有 24 比特精度的有效位。相比而言，16 比特位的定點算法僅能表示 216 個數值（從 0 到 65535），故其內在數字表示的可變范圍要小很多。所以當數據集或工作在該數據集上的算法不可預知、動態變化幅度很大的情況下，浮點數字表示法更受青睞。另外很重要的一點是，有效數字始終以‘1’作為第一個數字，因此其數值始終保持 24 位精度。

TI 如何創造性地在同一內核中同時集成浮點與定點技術
最新 C66x DSP 內核 —— 圖 1 顯示的 C64x+ DSP 是 TI 最新 C66x DSP 的前代產品。該內核由兩個對稱的部分 (A B) 組成，每部分具有四個功能單元。一個 .M 單元包含 4 個 16 位乘法器。

圖 1 － TI C64x+ DSP