如何利用C和汇编语言混合编程实现DSP软件设计

文章摘要：存储区属性：该功能允许编程人员将上述变量和函数分配到独特的用户定义存储区，可以让编程人员将C语言级单元分配到实际的存储器位置，这对DSP应用来说非常关键。用户定义的调用约定：在某些情况下，汇编函数可以通过用户定义的调用约定取得更好的优化效果。编译器内部函数(Compiler intrinsics)：是指能够使用专门的宏或函数调用触发的内建编译器功能总称。没有内部函数支持的编译器必须调用用户定义的函数，这样做可能会令用户定义函数可能会在一个环路里产生函数调用和返回(见图4)，从而产生巨大的开销。图4：ETSI的mult_r(乘法和取整)基本操作的C代码实现(左)和对应的由CEVA-TeakLit

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　　存储区属性：该功能允许编程人员将上述变量和函数分配到独特的用户定义存储区，可以让编程人员将C语言级单元分配到实际的存储器位置，这对DSP应用来说非常关键。

　　用户定义的调用约定：在某些情况下，汇编函数可以通过用户定义的调用约定取得更好的优化效果。

　　编译器内部函数(Compiler intrinsics)：是指能够使用专门的宏或函数调用触发的内建编译器功能总称。没有内部函数支持的编译器必须调用用户定义的函数，这样做可能会令用户定义函数可能会在一个环路里产生函数调用和返回(见图4)，从而产生巨大的开销。

　　图4：ETSI的mult_r(乘法和取整)基本操作的C代码实现(左)和对应的由CEVA-TeakLite-III编译器生成的汇编代码(右)。

　　汇编内部函数：是将汇编代码内联进C代码的一种先进方法，下文将有详细介绍。

　　把汇编指令当作C语句一样来编写

　　内联汇编功能具有显著的缺点。它会破坏各种编译器优化操作，因为编译器不了解内联代码的内容，会使用最坏假设；以及它可能迫使编程人员处理底层问题，如寄存器分配和指令调度。

　　汇编内部函数可以帮助编程人员实现内联汇编代码，并且不存在这些缺点。从编程人员的角度看，汇编内部函数就像是C语言宏或函数。它们接收C语言变量，返回C语言输出结果，同时表现为单个汇编指令。由于涉及该功能的所有代码都在C语言等级，因此编程人员不必担心寄存器分配、指令调度和其它底层问题。汇编内部函数不仅不会妨碍编译器优化操作，还会参与优化过程，就像它们是编译器正常产生的汇编指令一样。这些特征使得汇编内部函数的功能非常强大。

　　利用汇编内部函数，编程人员可以从编译器不可能产生的独特汇编指令中受益。例如，CEVA-X1641的bitrev(位反向)指令就是为FFT等算法定制的。由于编译器不太可能把一个程序看作一个FFT并使用bitrev指令，因此编程人员可以完全把bitrev汇编内部功能嵌入到C代码中。结合对应用的透彻了解，编程人员还可以使用C应用程序的性能决定段里的精确序列汇编内部函数，从而能够确保编译器生成的代码效率就像手工编写的一样高。

　　图5是CEVA-X1641编译器与汇编内部函数一起使用的例子。汇编内部函数还受益于由CEVA-X1641编译器处理的问题所决定的机器，如寄存器分配、指令调度和硬件单元分配。

　　图5：CEVA-X1641编译器支持的汇编内部函数的使用。

　　调试混合代码的应用程序

　　汇编代码的调试需要对延迟和存储器对齐限制等架构和机器级问题有深入的了解。只是简单地把C代码和汇编代码放在一起会使事情更麻烦，因为编程人员现在还必须调试C代码和汇编代码之间的连接。

　　调试混合代码应用程序的第一步就是分隔问题。假设保持汇编代码的C语言实现不变以及C语言实现方案工作正常，那么将汇编函数转换成C语言实现并重新测试应用程序就相对比较容易。为了迅速检测出问题，编程人员可以在每一步把受怀疑函数的一半转换为相应的C语言实现方案。

　　一旦有问题的汇编函数被确定，它就应该同时作为独立的汇编问题和C与汇编的连接问题加以分析。调试独立的汇编问题对汇编编程人员来说十分简单明了，但C与汇编的连接问题就有点麻烦。在考虑汇编函数本身时，C与汇编的连接问题是不可见的，这与独立的汇编问题有所不同。为了找出这些问题，编程人员必须检查编译器的约定，比如调用约定和寄存器使用约定。

　　编程人员还必须检查编译器假设，比如汇编指令的行踪。为了节省调试时间，编程人员应该在第一次实现汇编函数时验证是否遵循所有的编译器约定和假设。

　　案例研究：H.264视频编码器和AMR-NB

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