可定制的VLIW(超長指令字)引擎

　　引擎指一組資源的集合，通過對這種資源編程，可以使之以某種給定的順序實現一系列操作。通常，設計中最主要的處理工作是由數據通道資源-即我們所說的計算單元-來完成的。

　　計算單元可以對其輸入進行一系列操作，并輸出一個或多個計算結果。RISC(精簡指令集計算機)和DSP是兩種由計算單元組成的處理器。其中，RISC處理器每次(每時鐘周期)只能執行一個操作，而典型的多媒體和DSP應用卻可以在每個時鐘周期內執行多項操作。這是因為大部分這種高級DSP 的結構都具有某種形式的指令級并行處理能力。

　　本文給出的方案中，針對MPEG-4應用而設計的DSP引擎能夠達到固定編碼邏輯和通用型DSP都無法達到的性能。該引擎之所以如此成功，主要原因之一就是采用了VLIW結構。VLIW是一種非常適合多媒體應用的結構。它支持指令級并行性，這就使得采用它的DSP引擎可以在單時鐘周期內執行多項操作。不但如此，它還支持應用程序編譯過程中的并行性，這又避免了為龐大的視頻處理耗費過長的運行時間或增加過大的晶片體積。與VLIW類似的超標量體系結構也具備這一特性。

　　用戶應用引擎的一種專用解決方案

　　下面來討論一個現實生活中的解決方案，該方案采用了三級不同的可定制性來構造專門的用戶應用引擎。

　　第一級可定制性在處理器的標準資源處提供，這些標準資源包括算術邏輯單元(ALU)以及乘法器和累加器(MAC)等。對某些應用而言MAC 用得較多，如基于快速傅立葉變換(FFT)的算法;還有一些則傾向于更多地采用ALU。這就提出了一個要求，對于不同的應用，處理器應有不同的資源組合，而不是將所有的應用都分配到同樣的一組固定的資源中去。

　　例如，可以將一個MAC密集的算法分配到一個包含4 MAC、2 ALU、1 SHIFT的處理器中去，而將一個ALU密集的應用分配給一個包含3 ALU、1 MAC、1 SHIFT的引擎。這種處理器資源分配的可定制性對許多普通應用而言已經綽綽有余，但對大多數與視頻相關的應用來說還遠遠不夠，它們的要求更高，并且需要更多的運算單元來加快運行速度。

　　第二級可定制性允許向處理器添加DDCU協處理器。設計者先要對所需完成的應用有一個大致的認識，接著對該應用進行分析，將其中的一些專用函數分離出來，然后在硬件上專門針對這些函數進行加速處理，即添加DDCU。此外，設計者還可以分析一下，采用工具組添加DDCU來加快運行速度會對處理器的性能造成怎樣的潛在影響，以及在諸如此類的一些其他假設下會出現什么情況。

　　DDCU是一種適用于專用算法的計算單元。一旦設計者確認了哪個算法需要用DDCU進行硬件加速之后，就可以寫出實現該DDCU的RTL 代碼，并將其加入用戶應用引擎。例如，在通用DSP中加入濾波DDCU，那么若用該DSP實現一個需要濾波的應用，其表現出來的性能就會有所增強。

　　除此以外，設計者還要在增加并行性所帶來的性能優化和該并行性對指令的影響之間尋找最佳平衡。為解決這一問題，可以在VLIW指令中定義分段的數目(從而定義最大并行度)，并為每一段分別分配CU和DDCU(見圖1)。

　　最后一級可定制性表現在處理器資源的選擇上。設計者可以自己決定需要多大的數據存儲器，以及需要多少個數據寄存器和地址寄存器。而且，根據具體應用所提出的數據要求，設計者還可以增加存儲器接口，以便提供并行數據訪問。這些共享的存儲器接口又可以用來連接多個處理器引擎，這就為處理器資源提供了一定的可伸縮性。

　　采用DSP引擎的一個關鍵的好處是可以加快產品投入市場的時間。但要達到這個目的，還要先定義一系列與DSP引擎協作的DDCU協處理器。在設計MPEG-4引擎的時候，首先要對其各個方面進行全面分析，確定需要采用哪些DDCU。然后用這些DDCU構建起一個大致MPEG-4引擎，分析其性能瓶頸，并針對性能瓶頸再定義一些DDCU加入引擎中，從而提高該引擎的性能，沖破其瓶頸。為了更方便地完成以上工作，人們開發出一個專門用于MPEG -4應用的DDCU庫。以下討論了該庫中的某些專用DDCU。