Blackfin DSP存储资源分配策略研究

论文摘要

H.264是一种先进的、近年来流行的国际视频编码标准。国内外很多公司以及研究机构都在研究H.264编码算法在数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)平台上的实时解决方案。由于H.264编码算法的复杂度高以及DSP的资源有限,至今没有较好的解决方案。在分析H.264标准特性和Blackfin561系统结构的基础上,对存储资源分配进行了一些优化。根据H.264中用到的数据结构的大小,被操作的频度,确定数据在内存上的分块布局,减小了内存访问冲突。设计了视频采集缓冲区的双核同步策略,并且将缓冲区布局在不同的片外内存子块上,试验表明能减少视频采集中等待的时间。定量分析高速缓存(Cache)容量大小对Cache失效率和平均访存时间的影响,确定Cache的最佳容量,在内存代价和Cache效率之间取得平衡。针对Cache的两种回写机制的特点,对不同数据块按页采用不同的回写机制。通过计算额外开销,分析出合适的DMA一次调度数据块的数目,分析出DMA传输方向控制器的不同切换周期对系统性能的影响,找到切换周期的最佳值。分支指令和循环指令对存储性能影响较大,通过预测分支跳转和构建硬件循环来提高它们的效率。测试结果表明,优化后的视频采集占用的系统资源减少。对于低复杂度的场景,有较快的实时编码速度,编码帧率达到22帧。对标准序列测试的结果也表明,经过存储资源分配优化后的系统性能得到提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 H.264 标准的发展
• 1.2 DSP 存储结构的发展
• 1.3 本文的研究工作
• 1.4 本文的主要结构
• 2 H.264 编码标准和 Blackfin561 开发平台
• 2.1 H.264 的算法数据特性
• 2.2 Blackfin561 开发平台
• 2.3 本章小结
• 3 总体方案设计
• 3.1 系统的整体框架
• 3.2 视频采集在双核上的同步
• 3.3 Cache 优化的模型
• 3.4 DMA 优化的模型
• 3.5 本章小结
• 4 存储资源的优化
• 4.1 Cache 性能优化前后对比
• 4.2 DMA 的性能优化前后对比
• 4.3 内存的子块并行读写
• 4.4 分支指令和循环指令的优化
• 4.5 本章小结
• 5 总体设计验证
• 5.1 实时编码系统
• 5.2 纯编码系统
• 5.3 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献