專用視頻處理器指令集研究與數(shù)據(jù)通路設(shè)計.pdf

1、專用指令集處理器具備了專用集成電路的高效性與通用處理器的靈活性，在視頻處理領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞面向視頻應(yīng)用的專用指令集處理器，在指令集和體系結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了研究。 通過對典型視頻應(yīng)用的研究與分析，提取并歸納出視頻處理中復(fù)雜度集中關(guān)鍵函數(shù)。通過對關(guān)鍵函數(shù)的深入研究，發(fā)現(xiàn)其中存在著并行性高，指令組合運算豐富，數(shù)據(jù)精度低等特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套SIMD/VLIW混合結(jié)構(gòu)的專用指令集。專用指令集結(jié)合SIMD和VLIW指令

2、體系的特點，支持指令條件執(zhí)行、計算結(jié)果飽和處理，內(nèi)置數(shù)據(jù)組織等擴展指令功能，并針對視頻處理中復(fù)雜度集中的運算核心，設(shè)計了專用的加速指令。典型視頻運算核心的測試表明，與MMX，SSE2等通用處理器媒體擴展相比，采用SIMD/VLIW混合結(jié)構(gòu)指令集能顯著減少時鐘數(shù)和非計算開銷，實現(xiàn)高效的視頻處理。 VLIW體系會造成代碼長度膨脹，給嵌入式系統(tǒng)帶來資源上的浪費。本文采用動態(tài)變長編碼方法，采用添加取指控制碼的形式，在編碼時有效地消除了

3、VLIW指令束中的空指令；采用雙字和單字兩種指令編碼寬度，提高指令內(nèi)部的編碼效率。測試表明，對于典型的視頻運算核心，動態(tài)變長編碼的代碼長度僅為VLIW定長指令束編碼的20％～35％。為了能支持動態(tài)變長編碼和特殊的指令格式，本文設(shè)計了混合結(jié)構(gòu)指令集的匯編器。匯編器采用了兩遍掃描結(jié)構(gòu)來解決前向應(yīng)用，通過詞法掃描、語法解析、代碼生成等步驟，將匯編代碼轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的目標(biāo)文件，并生成動態(tài)變長編碼所需的取指控制碼。 在基于SIMD/VLIW