TI C7x DSP 编程 (五) 流地址生成器

曜星圣矢

• TI C7x DSP 编程 (一) 简介
  
• TI C7x DSP 编程 (二) 向量数据类型
  
• TI C7x DSP 编程 (三) 流引擎基础
  
• TI C7x DSP 编程 (四) 流引擎进阶
  
• TI C7x DSP 编程 (五) 流地址生成器
  
• TI C7x DSP 编程 (六) DMA
  
• TI C7x DSP 编程 (七) 查找表与直方图
  
• TI C7x DSP 编程 后记
  

流地址生成器 (Streaming Address generator，SA) 与流引擎非常相似——接口相似、配置结构体的成员相似、工作的方式相似。流引擎会根据配置的方式不断获取数据，流地址生成器会根据配置的方式不断计算数据的首地址。流引擎只能获取数据，而通过流地址生成器返回的地址可以读取数据也可以写入数据。当前的 C7x DSP 硬件支持 4 个流地址生成器实例，不排除以后支持更多。
流地址生成器接口

接口一览

接口名	接口说明
__gen_SA_TEMPLATE_v1()	生成带默认值的流地址生成器配置结构体，当前仅有 1 个版本的配置结构体。
__SA0_OPEN(tmpl) __SA1_OPEN(tmpl) __SA2_OPEN(tmpl) __SA3_OPEN(tmpl)	启动流地址生成器，tmpl 为流地址生成器配置结构体。 0 ~ 3 分别对应四个流地址生成器实例，下同。
__SA0_CLOSE() __SA1_CLOSE() __SA2_CLOSE() __SA3_CLOSE()	关闭流地址生成器
__SA0(_type, baseptr) __SA1(_type, baseptr) __SA2(_type, baseptr) __SA3(_type, baseptr)	以 baseptr 为基准，计算出对应的地址并解析为指向 _type 类型 (各种向量数据类型) 的指针。调用接口后不会触发流地址生成器下一步的计算。
__SA0ADV(_type, baseptr) __SA1ADV(_type, baseptr) __SA2ADV(_type, baseptr) __SA3ADV(_type, baseptr)	以 baseptr 为基准，计算出对应的地址并解析为指向 _type 类型 (各种向量数据类型) 的指针。调用接口后会触发流地址生成器下一步的计算。
__SA0_VPRED(_type) __SA1_VPRED(_type) __SA2_VPRED(_type) __SA3_VPRED(_type)	根据 _type 类型 (各种向量数据类型) 计算当前的越界标记并返回，返回类型为 vpred，vpred 数据类型的说明见下。
__SA0_BOOL(_type) __SA1_BOOL(_type) __SA2_BOOL(_type) __SA3_BOOL(_type)	与 __SAn_VPRED 接口差不多，只不过返回的为每个元素均为 bool 的向量数据类型，向量的长度与 _type 一致。由于相关指令大多接受 vpred 类型为参数，故常使用 __SAn_VPRED 接口而不是 __SAn_BOOL 接口。
__SA0_BREAK(level) __SA1_BREAK(level) __SA2_BREAK(level) __SA3_BREAK(level)	我没有实践过，官方教程也没有提及。
__SA0_SET_CR(data) __SA1_SET_CR(data) __SA2_SET_CR(data) __SA3_SET_CR(data)	我没有实践过，官方教程也没有提及。
__SA0_GET_CR() __SA1_GET_CR() __SA2_GET_CR() __SA3_GET_CR()	我没有实践过，官方教程也没有提及。
__SA0_GET_CNTR0() __SA1_GET_CNTR0() __SA2_GET_CNTR0() __SA3_GET_CNTR0()	我没有实践过，官方教程也没有提及。
__SA0_GET_CNTR1() __SA1_GET_CNTR1() __SA2_GET_CNTR1() __SA3_GET_CNTR1()	我没有实践过，官方教程也没有提及。
__SA0_GET_CNTR1() __SA1_GET_CNTR1() __SA2_GET_CNTR1() __SA3_GET_CNTR1()	我没有实践过，官方教程也没有提及。
__SA0_GET_CNTR1() __SA1_GET_CNTR1() __SA2_GET_CNTR1() __SA3_GET_CNTR1()	我没有实践过，官方教程也没有提及。

流地址生成器接口的一般调用流程

流地址生成器常会配合流引擎使用，实践的基本流程如下：

• 调用 __gen_SE_TEMPLATE_v1() 或__gen_SE_TEMPLATE_v2() 或__gen_SE_TEMPLATE_v3() 生成带默认值的流引擎配置结构体，并根据需求修改结构体的成员值。
  
• 调用 __gen_SA_TEMPLATE_v1() 生成带默认值的流地址生成器配置结构体，并根据需求修改结构体的成员值。
  
• 调用 __SEn_OPEN() 启动流引擎。
  
• 调用 __SAn_OPEN() 启动流地址生成器。
  
• 调用 __SEn() 或 __SEnADV() 读取数据。
  
• 根据算法的需要调用各种指令进行数据处理。
  
• 调用 __SAn_VPRED()  获取当前待写入内存的越界信息。
  
• 调用 __SAn() 或 __SAnADV() 获得当前待写入内存对应变量的指针。
  
• 调用 __vstore_pred() 等相关指令存储计算结果。也可以使用“*”运算符通过指针变量直接读写数据，不过需要注意越界问题。
  
• 算法流程结束后，调用 __SEn_CLOSE() 关闭流引擎，调用 __SAn_CLOSE() 关闭流地址生成器。
  

vpred 数据类型

vpred 是 C7000 CGT 编译器引入的数据类型，可以理解为包含 64 个标志位的变量 (当前向量数据类型最大元素个数为 64)，标志位的值只能为 0 或 1。许多 SIMD 指令包含 vpred 类型的参数。
对于元素大小为 8 比特的向量数据类型 (char64、uchar8 等)，每个元素对应 1 个 vpred 标志位；对于元素大小为 16 比特的向量数据类型 (short32、ushort16 等)，每个元素对应连续的 2 个 vpred 标志位，这 2 个标志位同时为 0 或 1。以此类推。
流地址生成器配置结构体

成员一览

当前仅有 1 个版本的配置结构体 (__SA_TEMPLATE_v1)。

__SA_TEMPLATE_v1 结构体成员	数据类型	可取值	成员功能说明
ICNT0 ICNT1 ICNT2 ICNT3 ICNT4 ICNT5	uint32_t	非零正整数	多维数据每个维度的长度，最多支持 6 维数据的读取。
DECDIM1_WIDTH DECDIM2_WIDTH DECDIM3_WIDTH	uint32_t	非零正整数	用于读写数据的越界检测，配合成员 DECDIM1、DECDIM1SD、DECDIM2、DECDIM2SD、DECDIM3、DECDIM3SD
DIM1 DIM2 DIM3 DIM4 DIM5	uint32_t	非负整数 (可为 0)	仅第 n ( 1≤n≤5 ) 维度增加 1 时，数据索引的变化值。
VECLEN	enum	__SA_VECLEN_1ELEM __SA_VECLEN_2ELEMS __SA_VECLEN_4ELEMS __SA_VECLEN_8ELEMS __SA_VECLEN_16ELEMS __SA_VECLEN_32ELEMS __SA_VECLEN_64ELEMS	读或写数据的元素个数。
INV_DD1 INV_DD2 INV_DD3	enum	__SA_INV_DD_OFF __SA_INV_DD_ON	不太清楚其功能，官方教程没有提及。
DIMFMT	enum	__SA_DIMFMT_1D __SA_DIMFMT_2D __SA_DIMFMT_3D __SA_DIMFMT_4D __SA_DIMFMT_5D __SA_DIMFMT_6D	数据的维度，最多 6 维。
DECDIM1 DECDIM2 DECDIM3	enum	__SA_DECDIM_DIM0 __SA_DECDIM_DIM1 __SA_DECDIM_DIM2 __SA_DECDIM_DIM3 __SA_DECDIM_DIM4 __SA_DECDIM_DIM5	用于读写数据的越界检测，配合成员 DECDIM1_WIDTH、DECDIM2_WIDTH、DECDIM3_WIDTH
DECDIM1SD DECDIM2SD DECDIM3SD	enum	__SA_DECDIMSD_DIM0 __SA_DECDIMSD_DIM1 __SA_DECDIMSD_DIM2 __SA_DECDIMSD_DIM3	用于读写数据的越界检测，配合成员 DECDIM1、DECDIM2、DECDIM3

流地址的计算

以最高的 6 维为例 (即 DIMFMT 为 __SA_DIMFMT_6D)，流地址生成器记录内部会维护 6 个变量 in (n = 0 ~ 5)，分别对应 ICNTn，满足 0 ≤ in ≤ ICNTn - 1。调用 __SAn() 或 __SAnADV() 返回的地址，对应数组中的索引值
\mathrm{Index}= i_5 * \mathrm{DIM_5} + i_4 * \mathrm{DIM_4} + i_3 * \mathrm{DIM_3} + i_2 * \mathrm{DIM_2} + i_1 * \mathrm{DIM_1} +  i_0
与流引擎不同，流地址生成器配置参数没有与数据类型相关的成员，而是根据 __SAn() 或 __SAnADV() 的输入参数确定数据类型。例如 __SAn(uchar64, baseptr)，则数据的类型推断为 uint8_t (8 比特无符号整数)，计算的地址等于 &((uint8_t *)baseptr)[Index]，最后函数返回类型为 uchar64 * 指针。又如 __SAn(int2, baseptr)，则数据的类型推断为 int32_t (32 比特有符号整数)，计算的地址等于 &((int32_t *)baseptr)[Index]，最后函数返回类型为 int2* 指针类型。
调用 __SAnADV() 函数之后，i0 会根据配置结构体成员 VECLEN 的值增加，例如 VECLEN 为 __SA_VECLEN_16ELEMS 则 i0 增加 16。当 i0 ≥ ICNT0 时，i0 复 0 且 i1 的值加 1。类似的，当 in ≥ ICNTn 时，in 复 0 且 in+1 的值 加 1 (n = 0 ~ 4)。最后 i5 ≥ ICNT5 时计算结束。计算结束后调用 __SAn() 或 __SAnADV() 将会返回基础地址，即参数 baseptr。
越界检测

流地址生成器越界检测的机制与流引擎的一致，这里不再赘述。
流地址生成器越界检测的结果不会体现在 __SAn() 或 __SAnADV() 函数的返回值上，而是体现在 __SAn_VPRED() 函数的返回值上。例如通过越界检测得知当前仅能读写的数据个数为 3，则 __SAn_VPRED(uchar64) 返回值的低 3 个标志位为 1，剩余标志位为 0；__SAn_VPRED(int16) 返回值的低 12 个标志位为 1，剩余标志位为 0 (对于元素大小为 32 比特的向量数据类型，每个元素对应 4 个标志位，见上面章节说明)。注意，__SAn_VPRED() 的返回值仅依赖类型参数的元素大小，例如 __SAn_VPRED(int16) 与 __SAn_VPRED(uint2) 的返回值相同。
参考资料

• TI C7X DSP TRAINING (页面搜索 C7x Training)
  
• C7000 CGT (页面下还包括编译器的使用说明书等资料)