CN102567254B - 采用dma控制器进行数据归一化处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法，包括算术运算处理步骤和搬数归一化处理步骤，所述搬数归一化处理步骤根据算术运算处理输出的归一化移位因子，配置DMA控制器中归一化变位比特寄存器的值，同时配置DMA搬数控制寄存器；DMA控制器通过读数控制，从数据源存储器中读出原始位宽数据，存入DMA内部缓存寄存器中；根据归一化变位比特寄存器的值，进行数据归一化处理，得到变位后位宽数据；将变位后位宽数据送入目的地址存储；若搬数完毕，则发出DMA搬数中断信号，否则，重复以上过程；本发明使整个算术处理过程可完全流水操作，减少了时间开销，并可以在没有带来更多额外开销的情况下，提高硬件运算处理效率。

Description

采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法

技术领域

本发明涉及到数据处理领域，特别涉及采用直接存储器存取DMA控制器进行数据归一化处理的方法。

背景技术

对于很多算法，需要使用最大精度的计算确保正确结果。例如，当使用一个非常小的小数时，也许会在累加器中没有足够二进制数字去准确的表示。这种情况下，就需要用到归一化处理解决这类问题，归一化处理是把一个数缩放到已知的数量级。归一化数据的小数点左边没有有效数字。在一个累加器中一个归一化数据包含一个符号位和规定位宽个数据位，一个被归一化的数据，保存其原来的数量级，计算被执行后，结果能被重新调整为原来的数量级。

在硬件算术运算过程中，输入数据位宽会因为运算过程中加、减、乘、除等操作过程中的扩位(为了防止运算中的溢出或数据精度保护)，造成位宽的增加，引入一些不必要的冗余比特位(符号位和符号扩展位)。为了尽可能保证定点数据的有效位数，需要对其去除冗余比特位的操作，即数据归一化处理。通过处理减少符号扩展位并把符号位扩展到定点位宽的最高位，使得其余数据位均为有效数据位，提高后续运算的精度，同时减少不必要的缓存位宽。

一个归一化数据是指其小数点左边，没有有意义的数字位，即小数点左边的位只包含符号位和符号扩展位。如图1所示，一个没有归一化的数据，第一个有效位在21位，在其左边所有的位都是符号和符号扩展位。通过归一化，左移10位，减少符号扩展位长度并把符号位扩展到31位，最高有效位在30为。(以二进制移位，移位后数据以16进制表示，数据表示相对于移位前可能会发生变化)。以上过程即为数据处理中的归一化过程，在数据运算过程中应用相当广泛。

在算术运算过程中，根据不同运算要求，归一化处理过程可能不止一次，归一化方案也不仅相同：在多大的数值范围内统计出一个奇异样本数据(指是相对其他输入样本特别大或特别小的样本矢量)，奇异样本数据采用最大值、最小值或统计范围的均值，是否参照以前数值变化的移位值等，形成不同的归一化处理方法。

DMA控制器广泛应用于各种芯片中，其主要功能是按照指令将数据从某一存储空间读取，然后写入另一存储空间(此过程通常被称为数据传输)。芯片中采用了DMA控制器的技术后，将由DMA控制器控制数据的传输过程，加快了数据的传输速度，如果是具有中央处理器(简称为CPU)的芯片，则将大大减轻CPU的运行负荷。

如图2所示，现有的一种归一化处理(技术方案1)的实现基本流程如下：

步骤一、在算术运算过程中，根据每次计算出来的结果数据与上一次数据进行比较，统计出奇异样本数据；

步骤二、判断是否对设定的统计范围内数据统计完毕。是则根据最后统计出的奇异样本数据，求出最高有效数据位为x，并缓存，进入步骤三；否则继续步骤一；

步骤三、对当前输入数据第二次进行算法运算，对每次计算出来的结果数据，根据缓存的最高有效数据位x，进行归一化处理，并将结果数据缓存到存储器中或输入下一个模块；

步骤四、判断数据是否处理完毕，是则结束运算；否则继续处理。

本方案求出归一化因子的过程，一般是在数据计算的最后才能统计得出，使得在存储之前做归一化会带来求归一化处理因子这一过程的单独时间开销。造成时间的浪费。

如图3所示，现有的另一种归一化处理(技术方案2)的实现基本流程如下：

步骤一、在算术运算过程中，根据每次计算出来的结果数据与上一次数据进行比较，统计出奇异样本数据；同时将本次计算结果数据缓存到存储器中；

步骤二、判断是否对设定的统计范围内数据统计完毕。是则根据最后统计出的奇异样本数据，求出最高有效数据位为x，并缓存，进入步骤三；否则继续步骤一；

步骤三、读出缓存存储器中的数据，并根据x值进行归一化，同时输出或继续缓存。

因为存储器的读操作的过程，需要满足存储器规定的时钟要求，即在一个时钟内输出规定地址上的数据。本方案在读过程加上了归一化的操作，改逻辑或加大整个过程的时延，导致时序不满足。会造成读出数据到下一步操作(存储或输出)的时序比较紧，为了满足以后工艺的提高，该方法存在很大的局限性。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出一种采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法，将原来归一化的方法进行分解处理，一部分在算术运算过程中完成，一部分在DMA搬数的过程中完成，以达到运算处理速度的高速和读数据时序要求。

本发明一种采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法，包括算术运算处理步骤和搬数归一化处理步骤；

所述搬数归一化处理步骤，如图4所示，包括：

步骤11：根据算术运算处理输出的归一化移位因子，配置DMA控制器中归一化变位比特寄存器的值；同时配置搬数控制寄存器：

所述搬数控制寄存器包括搬数长度寄存器、搬数源地址寄存器、搬数目的地址寄存器和搬数归一化使能寄存器；

步骤12：DMA控制器通过读数控制，从数据源存储器中读出原始位宽数据，存入DMA内部缓存寄存器中；

步骤13：根据归一化变位比特寄存器的值，进行数据归一化处理，得到变位后位宽数据；

步骤14：将变位后位宽数据送入目的地址存储；

步骤15：DMA控制器根据搬数控制寄存器判断是否搬数完毕，若是，发出DMA搬数中断信号，否则，重复步骤11-15。

本发明通过在算术运算过程中求出归一化移位因子，但不做归一化处理而直接存储结果数据，然后再在搬数过程中做归一化输出，送入目的存储地址。使得整个算术处理过程可以达到完全流水操作，减少了现有技术中因先求归一化因子后再做算术运算流水这一过程带来的求归一化因子这一时间开销。并且，本发明充分利用了DMA控制器的本身搬数处理功能，只需增加一个几bit位宽(根据归一化变位比特因子的大小而定)的归一化变位比特寄存器和1bit的归一化搬数使能位，即可完成归一化搬数操作，使得本发明可以在没有带来更多额外开销的情况下，缩减了整个算术处理的时间开销，提高了硬件运算处理效率。

附图说明

图1为现有技术归一化一个小的负数处理示意图；

图2为现有技术方案1归一化处理方法流程图；

图3为现有技术方案2归一化处理方法流程图；

图4为本发明采用DMA控制器进行数据归一化处理的搬数归一化处理方法流程图；

图5为本发明归一化处理截位过程的数据为正数的处理实例示意图；

图6为本发明采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法整体流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法作进一步详细说明。

移动通信系统中信号检测过程，在上下行链路中，均要根据信道冲激响应和接收数据进行大量的算法运算，得到发送端信号估计。算术运算可能导致输入数据位宽变化，在小数点左边有多位符号和符号扩展位，典型的，例如32bit位宽的复数，通过运算后位宽变为64bit，因为后面过程需要的有效数据位宽是32bit，所以需要进行归一化处理，减少符号扩展位并把符号位扩展到最高位第31位，使得有效数据位是0-30位。当然，本发明对于将64bit位宽归一化为32bit也同样适用。

本发明的采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法，包括算术运算处理步骤和搬数归一化处理步骤：

所述算术运算处理步骤，如图6所示，经过算术运算后，数据位宽发生变化，输出变化后位宽的数据并存储于数据源存储器，并输出最大值的最高有效数据位，具体处理过程如下所示：

步骤101：将原始位宽的数据(如32bit数据)输入算术运算模块，进行算术运算处理；

步骤102：算术运算处理后，每个输入数据对应的结果数据输出(如输出64bit位宽，实部为高32bit，虚部为低32bit)，将其结果数据输出并存储到数据源存储器中；同时，在每次输出时，将本次结果数据实部、虚部的绝对值最大值与上次缓存的最大值进行比较，得出最大值并缓存；进入步骤103；

步骤103：判断是否完成对全部输入数据的处理(即，完成最后一个输出数据的存储，以及在整个结果数据范围内统计出最大值并缓存)，是，则进入步骤104，否则，继续步骤101；

步骤104：根据步骤102得出的最大值(奇异样本输出)，分别判断得出该最大值(为所有结果数据的实部和虚部绝对值中统计出来的最大值)的最高有效数据位x(假设最高有效数据位x为7，即32bit实部或虚部输出结果，其第7bit为有效符号位，0-6bit为数据有效位)；并将最高有效数据位x输出并缓存如相应寄存器中；

本发明将归一化前的数据位宽称为原始位宽数据，将归一化后的数据称为变位后位宽数据，所述搬数归一化处理步骤，是将数据从源存储器搬移到目的存储器，并在搬数过程中将原始位宽数据归一化为变位后位宽数据，通过归一化实现位宽的变化。

所述搬数归一化处理步骤具体实现过程如下：

步骤201：根据步骤一输出的归一化移位因子x，配置DMA中归一化变位比特寄存器的值，同时配置搬数控制寄存器；

所述搬数控制寄存器包括长度寄存器、搬数源地址寄存器、搬数目的地址寄存器和搬数归一化处理使能寄存器；

步骤202：DMA控制器通过读数控制，从数据源存储器中读出原始位宽数据(例如64bit，高32bit为实部，低32bit为虚部)，存入DMA内部缓存寄存器中；

步骤203：根据归一化变位比特寄存器中的值，进行数据归一化处理，得到变位后位宽数据；

本实施例将归一化变位比特寄存器中的值x为7，显然，也可以是其他值；

所述数据归一化处理过程为根据归一化变位比特寄存器中的值x，将源数据的低x位的数据取出，而去掉其余比特位的过程，具体包括：

当源数据为正数时，如图5所示，如源数据是实部为32’h0000000a，虚部为32’h00000305的64bit数据。其他数据处理类似。

DMA中数据归一化处理模块对实部的[30……(x+1)]的数据位进行归一化溢出判断。若其各数据位均为0，即与第31bit的符号位相同，说明该数据不会发生归一化溢出，则[x……0]，x为7，共8bit为有效数据。不足16bit，在后面以0补足，生成数据16’h0a00，见高32bit数据处理；若其个数据位不为全0，与符号位不同，说明会发生归一化溢出，则取有效数据为溢出最大值16’h7fff，见低32bit数据的处理。完成归一化截位处理后，将高16bit和第16bit数据拼接形成新的32bit数据32’h0a007fff送出。其中，[x……0]表示低x位的数据位。

当源数据为负数时，处理原理与正数相同，只是溢出值为16’h8001。

所述数据归一化处理过程还包括了归一化溢出判断，即判断源数据的数据位是否超出了归一化输出位宽所能表示的范围，是则会发生归一化溢出，即截掉源数据的数值部分，如上述过程的低32bit处理过程，此时将取归一化输出位宽所能表示的最大值作为该数据的保护值输出，否则不做处理，此时直接将截取的数值并低位补0后输出。

步骤204：变位后位宽数据送入目的存储器存储；

步骤205：DMA控制内部，根据相关寄存器判断是否搬数完毕，是则，发出DMA搬数中断信号，否则，重复步骤201-205.

典型的，在步骤201之前，使能DMA控制器。

典型的，如图6所示，算术运算处理输入为32bit位宽的复数，输出为64bit位宽的结果数据和所求出的归一化移位因子。该模块输出的结果数据存储入数据源存储器中，归一化移位因子存储入输出寄存器；

当搬数归一化处理模块收到算术运算处理模块发出的中断信号后，根据归一化移位因子寄存器中的值配置DMA中的归一化变位比特寄存器；同时根据数据源存储器的地址和存储数据的长度，以及数据目的存储器地址，配置DMA的相关搬数配置寄存器；

相关配置寄存器配置完成后，启动DMA搬数，同时使能归一化搬数功能位，进行搬数归一化处理；

将归一化处理后，位宽为32bit的数据，存入数据目的存储器中。

搬数过程中，根据DMA中的搬数计数器的值与搬数长度配置寄存器中的值进行比较，若搬数计数器的值等于或大于搬数长度配置寄存器中的值，则完成搬数，并关闭DMA搬数使能；否则继续搬数归一化处理。

本发明将原来归一化的方法进行分解处理，一部分在算术运算过程中完成，一部分在DMA搬数的过程中完成，能够达到运算处理速度和读数据时序的要求。

本发明所举实施方式或者实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用DMA控制器进行数据归一化处理的方法，包括算术运算处理步骤和搬数归一化处理步骤，其特征在于，

所述算术运算处理步骤，包括经过算术运算后，数据位宽发生变化，输出变化后位宽的数据并存储于数据源存储器，并输出最大值的最高有效数据位；

所述搬数归一化处理步骤，包括：

步骤11：根据算术运算处理输出的归一化移位因子，配置DMA控制器中归一化变位比特寄存器的值，同时配置DMA搬数控制寄存器；所述归一化移位因子为所述最大值的最高有效数据位；

步骤12：DMA控制器通过读数控制，从数据源存储器中读出原始位宽数据，存入DMA内部缓存寄存器中；

步骤13：根据归一化变位比特寄存器的值，进行数据归一化处理，得到变位后位宽数据；

步骤14：将变位后位宽数据送入目的地址存储；

步骤15：DMA控制器根据搬数控制寄存器判断是否搬数完毕，若是，发出DMA搬数中断信号，否则，重复步骤11－15。

2.根据权利要求1所述数据归一化处理方法，其特征在于，所述搬数控制寄存器包括搬数长度寄存器、搬数源地址寄存器、搬数目的地址寄存器和搬数归一化处理使能寄存器。

3.根据权利要求1所述数据归一化处理方法，其特征在于，所述数据归一化处理过程为根据归一化变位比特寄存器中的值x，将源数据的低x位的数据取出，而去掉其余比特位的过程。

4.根据权利要求3所述数据归一化处理方法，其特征在于，所述数据归一化处理过程还包括了归一化溢出判断，即判断源数据的数据位是否超出了归一化输出位宽所能表示的范围，是则会发生归一化溢出，即截掉源数据的数值部分，取归一化输出位宽所能表示的最大值作为该数据的保护值输出，否则不做处理。

5.根据权利要求1所述数据归一化处理方法，其特征在于，在所述步骤11之前，使能DMA控制器。