1.4 以太網(wǎng)接口電路

　　本系統(tǒng)用LXT971作為快速以太網(wǎng)物理層自適應(yīng)收發(fā)器。LXT971支持IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，提供MII（MediaIndependent Interface）接口，可以支持MAC;而DM643內(nèi)部正好集成有MAC控制器，所以LXT971可與DM643實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。連接電路如圖3所示，其中BH1102為1:1的隔離變壓器。

圖3：網(wǎng)絡(luò)接口原理

　　1.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路

　　DM643通過(guò)EMIF接口擴(kuò)展了2片32 MB的SDRAM來(lái)存放原始圖像數(shù)據(jù)，1片4 MB的Flash來(lái)存放應(yīng)用程序。二者都映射到DM643的外部數(shù)據(jù)空間。

　　2 軟件實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化

　　在本系統(tǒng)中，視頻編/解碼算法采用H.264標(biāo)準(zhǔn)［2］，音頻編解碼算法采用G.723.1a，回音消除采用G.167，媒體協(xié)議采用RTP/RTCP，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/UDP/IP，通信協(xié)議采用H.323v.4;另外還軟件實(shí)現(xiàn)了靜音、電話功能，并運(yùn)用抖動(dòng)緩沖媒體同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各種網(wǎng)絡(luò)狀況下的音唇一致。操作系統(tǒng)采用基于DSP/B10S的TI參考架構(gòu)5（RF5）。基于RF5操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊主要包括：音/視頻采集模塊、音/視頻編解碼模塊、UART控制模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。

　　本系統(tǒng)采用的H.264編/解碼可大大提高圖像質(zhì)量或降低像通信帶寬。同等圖像質(zhì)量，H.264算法比H.263算法碼流降低了5O ;但同時(shí)H.264算法比H.263算法復(fù)雜得多，需要更強(qiáng)的處理能力，以及做更多的軟件優(yōu)化工作。H.264算法在DM643上的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。下面以它為例說(shuō)明軟件的開發(fā)、優(yōu)化工作。

　　DM643上的軟件開發(fā)過(guò)程可分為3個(gè)階段：

　　第1階段是開發(fā)C代碼，然后使用profiling工具確定代碼可能存在的低效率段。為進(jìn)一步改進(jìn)代碼性能，需進(jìn)入第2階段。

　　第2階段是優(yōu)化C代碼。利用內(nèi)聯(lián)函數(shù)、編譯器的外殼選項(xiàng)等方法進(jìn)一步優(yōu)化C代碼。再次使用profiling工具檢查其性能，如果代碼仍達(dá)不到所期望的效果，須進(jìn)入第3階段。

　　第3階段是編寫線性匯編代碼 從C代碼中抽出對(duì)性能影響很大的代碼段，用線性匯編重新編寫這段代碼，然后使用匯編優(yōu)化器優(yōu)化該代碼。

　　2.1 C代碼的開發(fā)和優(yōu)化

　　開發(fā)過(guò)程中要充分利用Tl公司為用戶提供的功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，比如IMAGE.LIB庫(kù)中就包含許多常用函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)DCT/IDCT變換、DCT量化、自適應(yīng)濾波等功能。這些函數(shù)都是優(yōu)化過(guò)的，完全能夠?qū)崿F(xiàn)軟件流水，效率很高。另外，開發(fā)C語(yǔ)言代碼還需要考慮的要點(diǎn)包括：① 使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)- - 對(duì)定點(diǎn)乘法，應(yīng)盡可能使用short型數(shù)據(jù)；對(duì)循環(huán)計(jì)數(shù)器應(yīng)使用int或者無(wú)符號(hào)int 類型。②使用查找表或常數(shù)值代替通過(guò)直接計(jì)算得到結(jié)果的語(yǔ)句或函數(shù)。

　　代碼分析結(jié)果顯示DCT、IDCT 、運(yùn)動(dòng)估計(jì)占程序總運(yùn)算量的比重很大，因此這部分是程序優(yōu)化的重點(diǎn)。優(yōu)化C 代碼包括使用編譯器選項(xiàng)、使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)、使用軟件流水等。

　　（1）向編譯器指明不相關(guān)的指令。

　　為使指令并行操作，編譯器必須確定指令間的相關(guān)性，只有不相關(guān)的指令才可并行執(zhí)行。若編譯器不能確定兩條指令是不相關(guān)的，則只能安排它們串行執(zhí)行。用戶可通過(guò)如下方法指明相關(guān)的指令：

　　①關(guān)鍵字cons t 表示一個(gè)變量或一個(gè)變量的存儲(chǔ)單元保持不變，使用const 可提高代碼的性能和適應(yīng)性。

　　②使用-mt 選項(xiàng)向編譯器說(shuō)明在代碼中不存在存儲(chǔ)器相關(guān)性，即允許編譯器在無(wú)存儲(chǔ)器相關(guān)性的假設(shè)下進(jìn)行優(yōu)化。

　　（2）使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)（intrinsics）。

　　可用內(nèi)聯(lián)函數(shù)快速優(yōu)化C 代碼。如在算術(shù)操作中，常對(duì)計(jì)算的結(jié)果做飽和（saturation）處理，使用intrinsics只須調(diào)用SADD， 一個(gè)指令周期便可得到最終結(jié)果。比花費(fèi)兩個(gè)嵌套的條件判斷語(yǔ)句來(lái)判斷結(jié)果是否溢出，最后得到結(jié)果效率要高得多。

　　（3）使用軟件流水。

　　在編譯時(shí)，使用-o2 選項(xiàng)和-o3 選項(xiàng)，編譯器可對(duì)循環(huán)代碼實(shí)現(xiàn)軟件流水。為填滿軟件流水線，軟件流水結(jié)構(gòu)需要執(zhí)行的最小循環(huán)迭代次數(shù)稱為最小循環(huán)次數(shù)。循環(huán)總數(shù)小于最小循環(huán)次數(shù)時(shí)，執(zhí)行不流水形式循環(huán)；循環(huán)總數(shù)大于最小循環(huán)次數(shù)時(shí)，執(zhí)行軟件流水形式循環(huán)。可以使用-ms 選項(xiàng)，使編譯器根據(jù)循環(huán)次數(shù)僅產(chǎn)生一種循環(huán)形式； 可使用-o3 和-pm 選項(xiàng)，使優(yōu)化器訪問(wèn)整個(gè)程序，了解循環(huán)次數(shù)信息； 使用-nassert 內(nèi)聯(lián)函數(shù)，防止冗余循環(huán)產(chǎn)生；使用-mh 選項(xiàng)，消除軟件流水循環(huán)的排空，從而減小代碼尺寸。

　　由于在嵌套循環(huán)中編譯器僅對(duì)最里面的循環(huán)執(zhí)行軟件流水，因此對(duì)于執(zhí)行周期很少的內(nèi)循環(huán)進(jìn)行循環(huán)展開，對(duì)外循環(huán)進(jìn)行軟件流水。

　　使用軟件流水應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題： 盡管軟件流水循環(huán)可以包含內(nèi)聯(lián)函數(shù)，但不能包含函數(shù)調(diào)用； 在循環(huán)中不使用break 語(yǔ)句；循環(huán)控制變量不能與循環(huán)體內(nèi)的語(yǔ)句有關(guān)； 如果循環(huán)體內(nèi)復(fù)雜的條件代碼需要超過(guò)5 個(gè)條件寄存器或者32 個(gè)以上寄存器，則這個(gè)循環(huán)不可進(jìn)行軟件流水。

　　（4）片內(nèi)存儲(chǔ)器的分配及DMA技術(shù)的運(yùn)用。

　　DM643 內(nèi)部有16 KB 的一級(jí)程序緩存、16 KB 的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存和256 KB 的程序數(shù)據(jù)共享二級(jí)緩存，遠(yuǎn)小于執(zhí)行程序和待處理圖像數(shù)據(jù)，不可能將程序和圖像數(shù)據(jù)都在片內(nèi)RAM 中緩存，因此合理地配置和使用存儲(chǔ)空間，對(duì)系統(tǒng)整體效率影響很大。

　　提高算法程序執(zhí)行速度的關(guān)鍵是使核心循環(huán)代碼和要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)在第1 次訪問(wèn)之后全部發(fā)生L1P 和L1D 命中。核心循環(huán)代碼占的空間很小，執(zhí)行過(guò)一次之后，完全可以全部在L1P 中緩存，因此，不用考慮代碼如何在存儲(chǔ)器中存放，主要問(wèn)題是圖像數(shù)據(jù)的存放。

　　由于L1D 采取LRU （Least Recently Used）分配機(jī)制，因此對(duì)于小于等于16 KB 的連續(xù)存放的數(shù)據(jù)塊可完全在L1D 中命中。以解碼過(guò)程為例，IDCT 和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊都是以宏塊為單位進(jìn)行運(yùn)算的，IDCT 數(shù)據(jù)類型為short型，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中的預(yù)測(cè)幀和當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)類型為unsignedchar 型。計(jì)算一個(gè)宏塊（420 格式）的IDCT 和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)大小共需1 536 字節(jié)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)包括預(yù)測(cè)宏塊和當(dāng)前宏塊的數(shù)據(jù)，實(shí)際解碼中以6 個(gè)宏塊（10 KB）作為1 次處理對(duì)象。待處理的數(shù)據(jù)要從外部存儲(chǔ)器搬到L2 中連續(xù)的存儲(chǔ)空間，可利用EDMA 與CPU 并行工作的特點(diǎn)，采取Ping？？Pong 技術(shù)，使CPU 在處理Ping空間數(shù)據(jù)的同時(shí)，由EDMA 將下次要處理的數(shù)據(jù)搬到Pong 空間中； 當(dāng)CPU 處理Pong 空間數(shù)據(jù)時(shí)，再由EDMA將Ping 空間已處理好的數(shù)據(jù)搬回外部存儲(chǔ)器，并將下次要處理的數(shù)據(jù)搬到Ping 空間，這樣就可達(dá)到CPU 的最大計(jì)算能力。Ping、Pong 空間各占用的大小為20 KB， 兩個(gè)總共約40 KB.L2 中的剩余空間分出64 KB 留給數(shù)據(jù)空間，用于解碼中常用的解碼表、量化步長(zhǎng)、輸入壓縮碼流緩沖區(qū)和輸出碼流緩沖區(qū)等。64 KB 的程序空間用于存儲(chǔ)H. 264 算法中的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和中斷服務(wù)程序等關(guān)鍵代碼。L2 其余部分配置為Cache， 操作與L1D 類似。