DSP 学习笔记 |（四）Xtensa ISA 笔记

本文笔记主要整理摘自《Xtensa® Instruction Set Architecture (ISA)》。

一、 XCC 编译器

二、 Candence 处理器

三、 语法

3.1 数据类型

1. ae_int32x2
   由两个 32 位的数据类型组成一个 64 位的数据，8 字节对齐。如果使用 int 类型强制转换，那么在内存分布上，将是两个相同的 32 位数据，举例如下：

   void test()
   {
       int mem1 = 0x1234;
       int mem2 = 0x5678;
       ae_int32x2 p = mem1;
   
       int *p1 = (int *)&p;
       printf("(int)p = 0x%0x\n",(int)p);
       printf("*(p1) = 0x%0x\n",*(p1));
       printf("*(p1+1) = 0x%0x\n",*(p1+1));
   
       ae_int32x2 p2 = AE_MOVDA32X2(mem1, mem2);
       int *p3 = (int *)&p2;
       printf("p3=0x%0x,*(p3) = 0x%0x\n",p3,*(p3));
       printf("p3+1=0x%0x,*(p3+1) = 0x%0x\n",p3+1,*(p3+1));
   }
   
   输出：
       
   (int)p = 0x1234
   *(p1) = 0x1234
   *(p1+1) = 0x1234
   p3=0x2ffffeb8,*(p3) = 0x1234
   p3+1=0x2ffffebc,*(p3+1) = 0x5678
       
   分析：AE_MOVDA32X2作用是将两个32位数拼成一个64位数。

四、 基础的 SIMD 编程

SIMD ：Single Instruction Multiple Data，单指令流多数据流，是一种采用一个控制器来控制多个处理器，同时对一组数据（又称“数据向量”）中的每一个分别执行相同的操作从而实现空间上的并行性的技术。在 微处理器 中，单指令流多数据流技术则是一个 控制器 控制多个平行的 处理微元.

由于单指令流多数据流处理效率高的原因，常被用于在多媒体应用中的 3D 图像和音视频处理。

基本的 SIMD 操作概念：

SIMD 操纵不能以不同的形式处理多数据，如下图所示。

4.1 矢量类型

C 语言常用的数据类型例如 char 、float 被称为标量类型。在 SIMD 运算中的数据类型被称作矢量类型。每个矢量类型都有其相应的标量类型。

在 SIMD 编程中，经常需要将特定的向量元素称为标量或将标量块称为单个向量。本节介绍了满足这一需求的引用方法，例如，只输出向量的第三个元素或将标量数组输入数据捆绑成适合 SIMD 处理的向量成为可能。

4.2 基础的 SIMD 运算

1. 以加法为例，介绍标量运算与 SIMD 运算

   a. 标量运算

   

   b. SIMD 运算

​ c. 完整的加法例程

运算几乎都是以标量矩阵作为输入数据。

2. 条件运算

五、寄存器

5.1 通用（AR） 寄存器

地址寄存器（Address Registers, AR）。每条指令最多包含三个 4 位的通用寄存器（AR）指令，每个指令可以选择 16 个 32 位寄存器中的一个。这些通用寄存器被命名为地址寄存器，以区别于协处理器寄存器，后者在许多系统中可能作为 “数据 “寄存器使用。然而，AR 寄存器并不限于保存地址，它们也可以保存数据。

如果配置了窗口寄存器选项，地址寄存器文件将被扩展，并使用从虚拟到物理寄存器的映射。

地址寄存器文件的内容在复位后是未定义的。

5.2 移位和移位量寄存器（SAR）寄存器

移位和移位量寄存器（Shifts and the Shift Amount Register，SAR)。ISA 提供了传统的即时移位（逻辑左移、逻辑右移和算术右移），但是它没有提供单指令移位，其中移位量是一个寄存器操作数。从一个普通的寄存器中获取移位量会产生一个关键的时序路径。另外，简单的移位不能有效地扩展到更大的宽度。漏斗式移位（两个数据值在输入移位器的时候被 catenated）解决了这个问题，但是需要太多的操作数。ISA 通过提供一个漏斗移位来解决这两个问题，其中移位量是从 SAR 寄存器中获取的。可变移位由编译器合成，使用指令从一般寄存器中的移位量计算 SAR，然后再进行漏斗移位。