微处理机
MICROPROCESSORS
No.6Dec.,2019
基于DSP的编码性能优化比较分析
魏国庆1,冉明昊1,梅伶2
重庆400030;重庆400037)(1.重庆金美通信有限责任公司,2.重庆能源工业技师学院信息中心,摘要:针对WiMAX协议下编码码块数目小、DSP实现过程中过多消耗硬件资源的问题,研究
在Freescale半导体公司的多核DSP系列基于WiMAX协议的编译码算法,合理分配编码码块数目,
优化设计一种满足MSC8156DSP编码长度性能MSC8156平台上进行工程实现。根据平台软件特点,
要求的编码方式。对WiMAX协议编译码分块和DSP软件编码分块进行工程对比,归纳出两种分块方
根据工程通信实现要求及式在编码块数目、内存资源占用、时间指令消耗、误码率等方面的不同表现。
快速地决定编译码长度。综合系统性能比较,可以高效、
工程实现关键词:编译码;分块方式;性能优化;
DOI:10.3969/j.issn.1002-2279.2019.06.007中图分类号:TN911.22文献标识码:A文章编号:1002-2279(2019)06-0028-04
ComparativeandAnalysisofCodingPerformanceOptimizationBasedonDSP(1.ChongqingJinmeiCommunicationLtd援,Chongqing400030,China;
2.InformationCenter,ChongqingEnergyIndustryTechnicianCollege,Chongqing400037,China)
WEIGuoqing1,RANMinghao1,MEILing2Abstract:AimingattheproblemsofsmallnumberofencodingblocksunderWiMAXprotocolandexcessiveconsumptionofhardwareresourcesinDSPimplementationprocess,thecompilationcodealgorithmbasedonWiMAXprotocolisstudiedtoallocatesthenumberofencodingblocksreasonably,andtoimplementstheengineeringrealizationonFreescaleSemiconductor'smulti-coreDSPseriesMSC8156platform.Accordingtothecharacteristicsoftheplatformsoftware,anoptimizedencodingmethodisdesignedtomeettheperformancerequirementsofMSC8156DSPencodinglength.TheengineeringcomparisonbetweenWiMAXprotocolcompilationcodeblocksandDSPsoftwareencodingblocksismade,andthedifferentperformancesofthetwoblockingmethodsincodingblocknumber,memoryresourceoccupation,timeinstructionconsumption,biterrorrateandotheraspectsaresummarized.Accordingtotherequirementsofengineeringcommunicationandthecomparisonofcomprehensivesystemperformance,thelengthofcompiledcodecanbedeterminedefficientlyandquickly.
Keywords:Compilationcode;BlockingMethod;Performanceoptimization;Engineeringrealization
1引言延迟低、以数据为中心随着行业重心向速度高、
的移动网络的迁移,OEM厂商需要在降低成本的前提下,提供更高吞吐量的DSP,以满足日益复杂的基站设计要求。飞思卡尔半导体公司的DSP凭借其具
功有的MAPLE-B基带加速器的优势,在灵活性、有助于大耗、性能等方面都具有一定的产品吸引力,基幅度提高有线和无线基础设施系统中媒体网关、站以及代码转换应用等的系统密度,同时也有利于
设备制造商解决下一代无线标准实现的问题[1-2]。以
FreescaleMS8156DSP为例,对其结构和系统的性能深入分析并加以对比,研究信道编译码的实现方式,包括硬件平台、编译码方式、DSP实现与数据分析等,以实现对编码性能的优化。
2平台描述信道编译码是通信过程中的重要技术之一,其功能实现是由飞思卡尔半导体公司提供的MSC8156系列多核DSP完成的。该产品基于StarCore技术和
硕士,工程师,作者简介:魏国庆(1985—),男,湖北省武汉市人,主研方向:宽带无线通信,DSP信号处理。
收稿日期:2019-05-21
6期魏国庆等:基于DSP的编码性能优化比较分析
窑29窑
SC3850内核,是针对第四代移动通信市场推出的高包含一个具有可编性能高集成的多核DSP处理器,
程系统接口的硬件加速器MAPLE-B,其上集成了Turbo编码器、译码器、CRC等处理单元。
Turbo译码器支持3GPPTS36.212标准的
控制码为这个信道设计一个系统使得输出错误概率为任意小。1993年在瑞士召开的国际通信会议上,两位法国教授首次提出一种Turbo码编码方案,由于它很好地利用了信道编码理论中的随机性,获得了接近香农极限的编译码性能[6-7]。
和交织器对Turbo码的性能起到决定性的作用,故此研究偏重于分析分量码和交织器的长度选择对系统性能所产生的影响。以WiMAX协议为例,其
根据Turbo译码器支持最大译码长度为4800比特,
Turbo码主要由分量码和交织器组成。分量码
Turbo译码及IEEE802.16-2004TM标准的WiMAXOFDMATurbo译码;支持最大译码长度为4800比
[3-4]特(WiMAX)。
编译开发环境采用飞思卡尔半导体公司提供的该环境可以支持对SC3400、SC3850等多款DSP芯片的单核仿真支持,主要用于物理层算法的仿真与调试[5]。
CodeWafriorDvelopmentStudio集成开发环境平台。
工程实现方案复杂度,可通过不同译码长度来分析、优化系统性能。如图1所示为编码码块数目为2时的比特数据流形成过程,具体为:根据数据带宽计算所需信源数据长度;信源经过32位的CRC编码之后,进入Turbo编码器,分2段进行比特流编码,再组成数据流,进行数据符号调制映射处理。在OFDM复帧信号中,不同调制方式下编码码块数目的差异对比如表1所示。
3信道编码根据信道编码定理,对于任何一个通信信道都存在一定的信道容量C,即为信道的最大极限传输能力,当实际信道传输速率R ……段-2图1编码块数为2时数据流的形成 表1单帧信号分块数目比较 分块方式 Wimax协议分块DSP支持分块 调制方式QPSK1/216QAM1/264QAM1/2QPSK1/216QAM1/264QAM1/2符号个数 161616161616分块个数 27548061218每块长度/bit 432432432192019201920补零个数1442880000从表1可见,在相同的数据帧长度下,QPSK调制所传输的数据少,编码数据分块数目少,DSP资源 导致64QAM的分段消耗少;64QAM传输的数据多, 通过DSP中Turbo数目变多,DSP的资源消耗变大。 可以设置编码长度,减少硬件译码器的灵活配置,加速器的资源消耗。 也包含编译码硬件加速器的内存空置、加速模块等, 间。Maple通过管理配置,将使用的单元块在一块共享的内存中统一分配,提高了加速器的灵活性和资料利用效率。BD环由16k字节参数配置地址空间, 结束地址、主要有起始地址、任务个数、任务长度等。每个使用的加速模块在初始化时,会根据配置使用 情况,决定在16k地址空间中的资源分配。资源分配规则按照初始化顺序,依次分配,具体规则如下[8]: 起始地址N结束地址N1255mod256 4DSP的实现在MSC8156DSP系统的地址空间中,Maple硬 件加速器所用的地址为0xC1000000耀0xC13FFFFF, 共4M字节,在这段内存中包含系统参数、BD环配 (1) 其中,N为第N个初始化的加速模块,N为0时起始 窑30窑 微处理机2019年 地址为0xC1004000,按照256字节对齐的方式进行内存资源分配。 结束地址N起始地址N任务个数任务长度 5系统性能比较为对比编译码时不同码块分段方式的DSP实 单发单收的系统,现结果,将仿真方式及参数设置为:采样率为11.2MHz,OFDM有效子载波数为840, FFT点数为1024点,CP长度为128点,帧长为2.5ms,符号个数为24。不同码块分段方式的误码率仿真结果如图3。 由图3不同码块分块方式下误码率情况比较可 如QPSK1/2的码块分块见:在相同的调制方式下, (2) 任务长度由其中,任务个数为加速器初始化时决定,每个加速模块决定,每个加速模块都有不同的任务 译码前DSP的参数初始化过程如长度。系统编码、图2所示。 编译码参数初始化码块分段模式计算第1个BD最后1个BD码块分段参数计算BD个数BD大小初始化Maple硬件加速器BD地址对齐方式数目多;WiMAX协议分块方式在译码性能上优于 则执DSP支持分块方式。占据DSP系统资源较多, 占据DSP行效率较低;分块数目少,则译码性能低, 低信噪比时,系统资源较少,执行效率较高。WiMAX协议分块方式和DSP支持分块方式的译码性能对 分块数目越比结果波动较大,这与分块的数目有关: 译码性能的结果波高,译码性能越好;高信噪比时,动较小,与码块分块方式无关。 Maple运行(编码,译码)图2DSP参数初始化过程 (a)误码率 图3不同码块分块方式下的仿真结果 (b)误码率方差 在DSP平台上使用自带函数osTickTIme()统计每帧信号编码指令的时间开销,比较结果如表2所示。由表可见基于WiMAX协议的译码长度与DSP支持的译码长度在译码指令消耗时间上的对比:QPSK1/2、WiMAX协议分块比DSP支持分块方式时间减少44%;16QAM1/2、WiMAX协议分块比DSP支持分块方式时间减少53%;64QAM1/2、WiMAX协议分块比DSP支持分块方式时间减少28%。 表2 调制方式QPSK1/216QAM1/264QAM1/2每帧编码指令开销对比 指令周期/cycles WiMax协议分块DSP支持分块2123883075664111316312005536207117806结束语MSC8156DSP的Maple硬件加速器的资源有 合理对资源进行配置,限,不但可以提高系统的利用效率,还可以提高系统运行的可靠性。在调试过程 更准确地中,通过相应BD环参数分析,可以更快、 研究信道编译定位分析问题,提高效率。结果表明: 对编码,依照系统性能要求,从工程实际情况出发,时间指令消耗、误码译码长度的选择,以内存资源、 率高低等作为判决条件,能够合理地对编码译码做出系统优化。 参考文献: [1]飞思卡尔半导体公司.飞思卡尔DSP系列为下一代无线飞37(4):24-25. 基站部署提供更高的性能支持[J].电子技术应用,2011, 6期基于DSP的编码性能优化比较分析魏国庆等: 窑31窑 FreescalehigherstationperformanceSemiconductor.supportFreescalefornextgenerationDSPserieswirelessprovidesbase2011,飞思卡尔半导体公司飞37(4):24-25. deployment[J].ApplicationofElectronicTechnique,[2].飞思卡尔发布具有高级安全功能 的新版本FreescaleMSC8144DSP[J].电子技术应用,2007,ofMSC8144DSPSemiconductor.withadvancedFreescalesecurityreleasesfunctions[J].anew33(4):18.versioncationofElectronicTechnique,上行信道探测技术研究及2007,33(4):18.Appli-[3][D].李自胜成都.TDD-LTE:电子科技大学,2010. DSP实现 LIuplinkZisheng.channelResearchdetectionandtechnology[D].DSPimplementationofTDD-LTE[4]of梁素龙梁Electronic.LTEScience中随机接入过程的解析及工程实现andTechnologyofChengdu:UniversityChina,2010.[J].现 代电子技术LIANG,2013,36(13):53-55. ofrandomSulong.accessAnalysisprocessandinLTE[J].engineeringModernimplementationElectronics[5]Technique,温理.LTE下行链路自适应技术研究及实现2013,36(13):53-55. [D].成都:电 子科技大学WENadaptiveLi.[6]SciencetechnologyResearch,2010. [D].andChengdu:UniversityimplementationofLTEofdownlink张罗成张.andLTETechnology系统中信道编码的研究及其实现ofChina,2010.Electronic[D].成都:电子科技大学ZHANG,2010. codinginLuocheng.LTEsystem[D].ResearchChengdu:Universityandimplementationofofchannel[7]Science杨天扬,and许卫东Technology,黄建华of.802.16eChina,2010. Electronic标准中FEC编码技术 研究YANG[J].onforwardTianyang,铁路计算机应用errorXUcorrectionWeidong,,2008codingHUANG,17(8):45-49. forJianhua.IEEEResearchstandard[J].802.16e[8]45-49. RailwayComputerApplication,2008,17(8):罗润树.LTE下行系统中信道估计的研究及DSP实现[D]. 成都LUO:estimationRenshu.电子科技大学Research,2010. andDSPofElectronicinScienceLTEdownlinkandTechnologysystem[J].implementationofchannelofChengdu:UniversityChina,2010. 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容