ARM 的音频性能解析（3） 处理器, 单循环, 控制器, 产品, 硬件

yuyang911220

本节将探讨ARM低功耗高性能微控制器Cortex-M3内核的功能，然后讨论Cortex-M系列的最新处理器内核M4的功能。Cortex-M系列内核的功能及示例指令和循环如表2所列。        　　Cortex-M3功能：采用高精度MAC单元，可提供最高32位乘以32位数据的乘法精度，得出64位累加结果。其他有利功能包括DSP指令、范数计算辅助指令、分支推测、因Thumb-2的高代码密度以及硬件除法指令。这些功能都有利于音频处理。
        　　Cortex-M4功能：Cortex-M4内核是Cortex-M3的升级产品，除了继承全部现有功能外，还增加了单循环MAC单元和浮点单元(FPU)等额外功能。MAC单元只需要1个循环，即使对于最高精度运算也是如此，将32位乘以32位，得出64位累加结果。增加了具有SIMD功能的DSP指令和高精度MAC单元等新功能，Cortex-M4就是一种具有DSP功能的微控制器，即数字信号控制器(DSC)。这些功能对于音频处理非常有利，因为需要高精度来保持透澈的音质。

       
        　　表2：Cortex-M3和Cortex-M4功能、指令及循环示例。
        　　音频处理传统上在数字信号处理器(DSP)上实施，而由通用处理器(GPP)负责系统相关的功能。随着Cortex-M系列的问世，由于这些处理器完全适合音频处理应用，音频可在这些内核上获得高效实施而无需DSP。
        　　音频模块代码示例
        　　现在，我们将展示一些不同音频处理部件(音频解码器、编码器、后处理及通用信号处理等)的例程的代码示例。代码段内用粗体字表示的指令是最新引入Cortex-M4的。每条指令的循环次数在括号中给出。表格概述了每个示例所用的总循环、所需的指令数及所用的寄存器。
        　　窗口重叠加法模块
        　　重叠加法窗口化是大多数音频解码器采用的典型模块。它以MAC运算为主，属于计算密集型。图4所示为此模块的运算处理流程。此例的实施方案在等式1中给出。

       
        　　图4：窗口重叠加法模块图。

       
        　　等式1：窗口重叠加法模块。