CN101236548B - 数字信号处理器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数字信号处理器，包含至少一运算核心。每一运算核心中有至少两个功能块，各专属处理不同类型的指令串。每一功能块有专属的专用寄存器，供各自运算功能使用。一乒乓寄存器提供所述功能块轮流存取。运算核心中有一公用寄存器，包含至少两个读取端口各对应耦接一功能块，供所述功能块同时读取该公用寄存器，以及一写入端口耦接所述功能块其中之一，供其写入数据至该公用寄存器。

Description

数字信号处理器

技术领域

本发明涉及一种数字信号处理器，特别涉及一种数字信号处理器核心运算单元中可共享的寄存器结构。

背景技术

图1是一现有的平行式核心(PAC)数字信号处理器(DSP)结构。典型的数字信号处理器中包含有多个运算核心(Cluster)200，每个运算核心200中有各种不同的功能块(function unit)负责执行不同类型的指令串，例如加载存储(Load/Store)单元212和数学运算(Arithmetic)单元222。一程控单元108负责所有指令串的获取、分派以及程序控管。该程控单元108从一指令内存106中获取各种不同类型的指令串，然后依照类型各别发派至所述运算核心200中的加载存储单元212或数学运算单元222以供执行。在运算核心200中，每一功能块拥有对应的专用寄存器(register file)，供其专属使用。例如加载存储单元212耦接一地址寄存器214，而该数学运算单元222则耦接一累加寄存器224。如果加载存储单元212和数学运算单元222之间有数据要交换，则是通过一乒乓寄存器210来传送。该乒乓寄存器210中包含多个寄存单元，等分为乒寄存单元202和乓寄存单元204两部份，供所述功能块轮流存取。当该加载存储单元212存取乒寄存单元202时，该数学运算单元222只能存取乓寄存单元204，而反之亦然。藉此加载存储单元212和数学运算单元222可以共享和交换数据。

这样的结构称为分布式寄存器结构，多半应用于极长指令集(very longinstruction word；VLIW)的数字信号处理器。优点是，多个分散的寄存器可以减少功率的消耗以及连结所需的端口(port)数。然而缺点是当多个功能块需要使用同一份数据时，数据的交换会显得不方便。即使是乒乓寄存器210的结构，其中的乒寄存单元202和乓寄存单元204也没办法同时被加载存储单元212和数学运算单元222存取，必须轮流使用，或是将同一份数据复制两份各放一边，造成空间上的浪费。此外，在某些特定应用的运算中，经常需要存取大量连续地址的数据，例如有限脉冲响应(FIR)、无限脉冲响应(IIR)和快速傅立叶(FFT)算法。为了处理这些连续地址的数据，需要执行大量相同功能而不同地址参数的程序代码。这种重复性很高的程序代码占去了很多的存储空间。有鉴于此，这种分布式寄存器结构是有待改良的。

发明内容

本发明提出一种数字信号处理器，包含至少一运算核心。每一运算核心中有至少两个功能块，各专属处理不同类型的指令串。每一功能块有专属的专用寄存器，供各自运算功能使用。一乒乓寄存器提供所述功能块轮流存取。运算核心中有一公用寄存器，包含至少两个读取端口各对应耦接一功能块，供所述功能块同时读取该公用寄存器，以及一写入端口耦接所述功能块其中之一，供其写入数据至该公用寄存器。

每一运算核心进一步包含至少两个指针寄存器，各专属于一对应的功能块，存储一指标值和一位移值。每一指针寄存器中，该指针值每被读取一次，就被加上该位移值成为更新的指标值。每一功能块支持一指位器指令，以对应的指针寄存器中的指针值为执行参数。

本发明的数字信号处理器中，进一步包含一数据存储器，通过一内存接口供每一运算核心存取。一指令内存存储不同类型的指令串。一程控单元读取该指令内存中的指令串，并根据指令串的类型将所述指令串发派给所述功能块。

所述功能块至少包含一加载存储单元，用以执行加载指令和存储指令。所述专用寄存器则包含一地址寄存器，专属于该加载存储单元使用，包含多个寄存单元，用以产生地址值供存取该数据存储器。

所述功能块中另包含一数学运算单元，用以执行数学运算指令。而所述专用寄存器中包含一累加寄存器，专属于该数学运算单元使用，包含多个寄存单元，用以暂存数学运算结果。

该乒乓寄存器包含多个寄存单元，等分为一乒寄存单元和一乓寄存单元，供所述功能块轮流存取。当该加载存储单元使用该乒寄存单元时，该数学运算单元只能使用该乓寄存单元，而反之亦然。

附图说明

图1是一现有的平行式核心数字信号处理器结构；

图2是本发明实施例之一的平行式核心数字信号处理器结构；

图3是指针寄存器的示意图；以及

图4是应用指针寄存器的流程图。

附图符号说明

104～数据存储器

106～指令内存

108～程控单元

200～运算核心

202～乒寄存器

204～乓寄存器

210～乒乓寄存器

212～加载存储单元

214～地址寄存器

222～数学运算单元

224～累加寄存器

300～运算核心

310～公用寄存器

312～加载存储单元

313～写入端口

314～地址寄存器

315～读取端口

316～指针寄存器

322～数学运算单元

324～累加寄存器

325～读取端口

326～指针寄存器

具体实施方式

图2是本发明实施例之一的平行式核心数字信号处理器结构。在图2的数字信号处理器中，运算核心300是一改良结构，通过一内存接口存取该数据存储器104。指令内存106存储由外界输入的各种不同类型的指令串，而程控单元108读取该指令内存106，根据指令串的类型将所述指令串发派给所述功能块。加载存储单元312执行加载指令和存储指令，而数学运算单元314执行数学运算指令。地址寄存器322专属于该加载存储单元312使用，可包含8或16个32位的寄存单元，用以产生地址值供存取该数据存储器104。而累加寄存器324专属于该322使用，可包含多个个40位的寄存单元，用以暂存数学运算结果。每一运算核心300中，除了原有的乒乓寄存器210之外，尚提供了一公用寄存器310，包含了两个读取端口315和325，以及一个写入端口313。藉此，加载存储单元312和数学运算单元322可以各别通过该读取端口315和325同时读取该公用寄存器310，而通过写入端口313，该加载存储单元312可以写入数据至该公用寄存器310。在本结构中，公用寄存器310尤其适合存储数值固定且同时被多个功能块需要的数据，例如FIR、IIR或FFT的运算系数，其中，可包含多个个32位的寄存单元连续排列，各对应一指标值。所以该公用寄存器310具体来说就是一种系数寄存器，只有在初始化的时候需要写入数据，之后只提供读取的功能。

如果该公用寄存器310中的寄存单元数为8个，则其每一寄存单元所对应的指针值以3位来表示。在本实施例中，公用寄存器310支持二读一写，但本发明并不限定于此，也可以是多读一写，视功能块的个数而定。

图3是一指针寄存器的示意图。在每一运算核心300中，另具备了两个指针寄存器316和326，各专属于该加载存储单元312和322。指针寄存器以零传输相位(CP0)寄存器实作，分为两个字段，CP0[n-1:0]和CP0[2n:n]，各用以存储一指标值和一位移值。其中，指标值每被读取一次，就自动被加上位移值成为更新的指标值。以图3为例，指标值存储在CP0[n-1:0]中共n位，而位移值存储在CP0[2n:n]中为n+1位。这意味着位移值具有正负号，在更新指标值的时候可以累加也可以累减。同时本发明的每一功能块额外支持一种独特的指位器指令，在执行的时候以指针寄存器中的指针值为执行参数。举例来说，一连串传统的加载指令表示如下：

LW D0，A0，4+

LW D1，A0，4+

LW D2，A0，4+

……

上述八行程序代码所执行的功能是将寄存单元D0到D7的值载入至寄存单元A0中。若是使用本发明的指位器指令，则程序代码可以改写如下：

LOOP：

LW[CP0]，A0，4+

假设D0到D7对应的指标值是0到7，而CP0[n-1:0]是一3位的栏值，初始值为0。CP0[n-1:0]则是4位，其值为1。接着两者相加并存储在CP0[n-1:0]中：

CP0[n-1:0]＝CP0[n-1:0]+CP0[2n:n]

因此第二次执行时指标值为1，指向寄存单元D1。依此类推，第八次时指标值为7，指向寄存单元D7。藉此，原本需要八行程序代码，通过本发明的指针寄存器316只需要一行循环程序代码即可，大大的节省了程序代码占用的空间。

图4是应用指针寄存器的流程图。在步骤402中，进入循环，开始递归的执行指位器指令。步骤404中，指位器指令根据CP0[n-1:0]字段中的指针值，读取对应寄存器的值进行运算。步骤406中，在该CP0[n-1:0]字段被读过之后，其中的值根据CP0[2n:n]的值而更新。在步骤408中，判断循环是否结束。如果否，跳回步骤404继续执行。如果循环结束，步骤410跳出循环。

综上所述，本发明实施例中的运算核心300提出了公用寄存器310以改良原结构，并使用以CP0寄存器实作的指针寄存器316和326来增进程序代码的效率。然而数字信号处理器的结构并不限定于本实施例所述，而专利性则以申请专利范围所限定为准。

Claims (7)

1.一种数字信号处理器，包括：

至少一运算核心，包含：

至少两个功能块，各专属处理不同类型的指令串；

至少两个专用寄存器，各专属于一对应的功能块，供各自运算功能使用；

一乒乓寄存器，耦接所述功能块，供所述功能块轮流存取；

一公用寄存器，具有两个读取端口和一个写入端口，其中：

该两个读取端口各对应耦接一功能块，供所述功能块同时读取该公用寄存器，以及

该写入端口耦接所述功能块其中之一，供其写入数据至该公用寄存器，其中：

每一运算核心进一步包含至少两个指针寄存器，各专属于一对应的功能块，存储一指标值和一位移值；以及

每一指针寄存器中，该指针值每被读取一次，就被加上该位移值成为更新的指标值。

2.如权利要求1所述的数字信号处理器，其中，每一功能块支持一指位器指令，以对应的指针寄存器中的指针值为执行参数。

3.如权利要求1所述的数字信号处理器，进一步包含一数据存储器，通过一内存接口供每一运算核心存取。

4.如权利要求3所述的数字信号处理器，进一步包含：

一指令内存，用以存储不同类型的指令串；以及

一程控单元，耦接该指令内存和所述运算核心，读取该指令内存中的指令串，并根据指令串的类型将所述指令串发派给所述功能块。

5.如权利要求4所述的数字信号处理器，其中：

所述功能块包含一加载存储单元，用以执行加载指令和存储指令；以及

其中，所述专用寄存器包含一地址寄存器，专属于该加载存储单元使用，包含多个寄存单元，用以产生地址值供存取该数据存储器。

6.如权利要求4所述的数字信号处理器，其中：

所述功能块包含一数学运算单元，用以执行数学运算指令；以及

所述专用寄存器包含一累加寄存器，专属于该数学运算单元使用，包含多个寄存单元，用以暂存数学运算结果。

7.如权利要求4所述的数字信号处理器，其中：

该乒乓寄存器包含多个寄存单元，等分为一乒寄存单元和一乓寄存单元，供所述功能块轮流存取；

当该加载存储单元使用该乒寄存单元时，该数学运算单元只能使用该乓寄存单元；以及

当该加载存储单元使用该乓寄存单元时，该数学运算单元只能使用该乒寄存单元。

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