[发明专利]面向向量处理器数据交换的方法及装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到向量处理器的设计领域，特指一种面向向量处理器数据交换的方法及装置。

背景技术

随着4G无线通信技术和高清视频图像处理技术的发展，向量处理器得到了广泛的应用。参见图1，为向量处理器的一般结构示意图。向量处理器一般由N个处理单元PE组成，每个PE包含数个功能单元，一般包括移位部件、ALU部件、乘法部件等，这些功能部件可以读写一组局部寄存器，每个PE包行一组局部寄存器，所有PE的同一编号的局部寄存器寄存器在逻辑上又组成一个向量寄存器。例如图示PE₁-PE_N的R₀寄存器在逻辑上组成了向量寄存器VR₀，每个PE所对应的R₀称为向量寄存器的一个元素。向量处理器采用SIMD的方式，在同一条向量指令的控制下，N个PE同时对各自的局部寄存器进行相同操作，用以开发应用程序的数据级并行性。

无线通信和视频图像处理算法中包含着大量高密集运算的子任务，如FFT/IFFT运算、矩阵求逆运算等。这些运算过程在映射到向量处理器上时，往往需要充分利用所有可并行的运算资源，以便于使其满足在功耗、实时行等方面的要求。然而，由于算法本身的特性和向量数据通路的限制，算法在执行过程中不同的处理单元之间不可避免地要进行数据交换。例如在基2FFT/IFFT算法中，本级蝶形运算所需要的数据并非和前一级蝶形运算的结果顺序对应。因此，在进行本级蝶形运算之前就需要将前一级的结果交换到需要它的PE中，以方便本级蝶形运算。参见图2，为16点基2FFT算法的4级蝶形运算示意图。图中所示x0-x15为位反序输入，X0-X15为顺序输出。图中每一级运算输入点之间的交叉箭头指示了要进行蝶形运算的一对输入点，在每一级蝶形运算中，每个点只参加一次蝶形运算。对于N点FFT共需要log₂N级蝶形运算，每一级共进行N/2次蝶形运算，产生N个结果被下一级蝶形运算使用。每一级蝶形运算所使用的一对输入点之间的距离都是前一级的2倍，如第一级是每两个连续的输入点之间做蝶形运算，即输入点之间的距离为1，第二级每个蝶形运算的两个输入点之间的距离为2，第三级每个蝶形运算的两个输入点之间的距离为4，依次类推，直至第log₂N级蝶形运算做完之后得到顺序输出的结果。

实现PE间的数据交换通常有两种途径：1.利用共享向量存储器；2.使用数据混洗单元。这两种方法在实现一般的数据交换时，效率是相当的。在实际应用中如FFT/IFFT、矩阵求逆等又往往大量需要如下这种特殊的数据交换方式：在数据交换完成后，要保证每个向量寄存器最终的内容既有一部分保持不变，又有一部分来自于其它向量寄存器。要用传统的方法实现上述的特殊数据交换，第一种方法需要向量处理器支持屏蔽字技术，所谓屏蔽字技术是指通过配置屏蔽字寄存器来控制某些PE不执行当前指令，在此基础上，还需要数条配置屏蔽字寄存器的指令和两条访问共享向量存储器的指令；第二种方法则需要多条混洗指令。这两种方法都增加了每次交换的时间和所使用的指令条数。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作方便、能够快速完成特殊数据交换、缩短整个算法的运算时间、提高执行效率的面向向量处理器数据交换的方法及装置，以满足运算密集型应用的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种面向向量处理器数据交换的方法，其特征在于：通过向量指令EXC完成两个向量寄存器之间指定部分内容的互相交换，所述向量指令EXC的指令格式为EXC mode VR_iVR_j，所述VR_i和VR_j用以指定要进行数据交换的两个向量寄存器，所述mode为一个立即数，用来指定这两个向量寄存器之间数据交换的模式，所述mode的取值为1、2、3……Log₂N，其中N为向量处理器中处理单元PE的数目，一般为2的整数次幂。

作为本发明的进一步改进：