Обзор процессоров Phillips Nexperia

Программирование обработки
видео на процессорах
NXP TriMedia

Марат Арсаев
Video Group
CS MSU Graphics & Media Lab

19.03.09 1

Only for
Maxus 

Содержание доклада

 Введение
 Архитектура систем PNX1x00
 Оптимизация обработки видео
 Пример фильтра
 Выводы

2
CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group)

Only for
Maxus  Введение

Процессоры для обработки видео и аудио

3

Only for
Maxus 

Введение

 TriMedia — чипы для встроенных систем
 Идеально подходят для low-power систем
 Гибок и легко программируем
 Расширенные встроенные средства
 Широко используется во всем мире

4

Only for
Maxus 


 Выводы

5

Only for
Maxus  Архитектура систем
PNX1x00
SDRAM

MAIN MEMORY

 Изменение формата на лету INTERFACE

VIDEO IN VIDEO OUT

Использование встроенных
вспомогательных средств:
AUDIO IN AUDIO OUT

скейлер FRC
TIMERS SPDIF OUT

SYNCHRONOUS
сеть
I2C INTERFACE
SERIAL INTERFACE


видео декодеры
IMAGE
VLD COPROCESSOR
 COPROCESSOR

нестандартные выходы INSTR PCI/XIO TO PCI/XIO
 CACHE INTERFACE BUS
VLIW CPU
DATA
CACHE

INTERNAL BUS (DATA HIGHWAY)

6

Only for
Maxus  Архитектура
чипов TM
SDRAM

Arbiter
224-bit Instruction Bus

Peripherals
TriMedia CPU Core
DSP-CPU
32-64KB
VLIW Instruction
Instruction Cache
27-40 Functional Units

128 16-128KB Peripherals
32-bit
registers
Data Cache
64-bit Data Highway

1-2 R/W*32-bit Data Bus 7

Only for
Maxus  Архитектура CPU

Архитектура VLIW процессра:
 5 32-битных слотов операций
 каждая операция обращается к необходимым ей ФЭ
 ФЭ обращаются к массиву регистров

8

Only for

Register file (128 x 32 bit registers)
15 read and 5 write ports
Reg0 всегда 0
R R R R R R R R R R R R R R R W W W W W
Reg1 всегда 1
Reg2 — Reg127 общего назначения
Cross Bar
guard
src1src2result

Functional Functional Functional Functional
unit unit ....... . unit unit
1 2 X-1 X
Instruction cache

Instruction
issue Issue slot Issue slot Issue slot Issue slot Issue slot
register 1 2 3 4 5

9

Only for

От версии к версии меняются:
 набор, количество и параметры ФЭ
 набор встроенных препроцессоров:
 скейлер s0

 интерполятор s1
d0
 поддерживаемые декодеры
 Н264 s0
 MPEG2, MPEG4 s1
 аудио кодеки d0

10

Only for
Maxus  Поддерживаемые
операции

 Инструкция – константа (не нужно обращаться в кэш)
 Супероперации (super_ld32, super_quadumedian, и т.д.)
Целочисленная арифметика :
 +- , логические операции, сравнения, abs, и т.д.
 Pack, merge, и т.д.
 Сдвиги:
 <<, >>, rol, и т.д.
 Специфические операции сборки векторов ( abcd %
efgh > cdef)
11

Only for
Maxus  Поддерживаемые
операции

DSP ALU:

 Clipping operations
 SIMD операции
a b c d e f g h a+e b+f c+g d+h
Quadadd( , ) =>
 Motion Estimation операции
DSP MUL:

 SIMD умножения над 8- и 16-битными операндами
 FIR инструкции h
a b c d e f g
над 8- и 16-битными данными
Ifir8ii( , ) =>
12

Only for
Maxus  Таблица задержек
ФЭ ТМ3260
Latency /
Functional Unit Quantity Delay Recovery Issue Slots
constant 5 1 1 1 2 3 4 5
integer ALU 5 1 1 1 2 3 4 5
load/store 2 3 1 4 5
DSP ALU 3 2 1 1 3 5
DSP MUL 2 3 1 2 3
shifter 5 1 1 1 2 3 4 5
branch 3 3 1 2 3 4
int/float mul 2 3 1 2 3
float ALU 2 3 1 1 4
float compare 1 1 1 3
float sqrt/div 1 17 16 2

13

Only for
Maxus 

Кэш данных TM3260
До 5 операций регистр-регистр
1 такт
127 126 0
Файл регистров

до трех тактов Обмен в обе стороны

16 Кбайт Кэш данных

до 40 тактов Обмен между основной
Памятью и шиной

x Мбайт SDRAM

14

Only for
Maxus 

Управление кэшем
Кэш — одна из самых узких и в то же время
гибких мест процессоров TriMedia
Начиная с процессора 3270 кэш явно
программируем
 При неэффективном программировании
процессор может простаивать до 90% времени

15

Only for
Maxus 

Управление кэшем

Встроенная реализация пре-
кэширования: необходимо верно
выставить начало, конец региона,
текущий указатель и размер
выборки кэша

16

Only for
Maxus 

 Выводы

17

Only for
Maxus  Стандартные
оптимизации

 Разворачивание циклов, использование look-up
tables
 Использование встроенных и SIMD операций
 Эффективные выборки из кэша

18

Only for

Пример оптимизаций
Maxus 

Развертка циклов позволяет компилятору автоматически
распараллелить код

19

Only for

Maxus 

Используем встроенные операции: ume8uu

20

Only for

Maxus 

Новый код:

21

Only for

Maxus 

Разворчиваем цикл дальше:

22

Only for

Maxus 

Итого операций:
Было:
16*16*(разность + abs + суммирование) = 768 операций
 Стало:
8*(8 МЕ операций + 8 суммирований) = 128 операций
Учитывая развертку циклов, для последней реализации
будет сгенерирован весьма эффективный код

23

Only for

Maxus 

Возможно уточнение при
помощи полупиксельной
интерполяции, используя
funshift, mergeodd, bilinear
— благодоря этому операции
ведутся над регистрами, без
обращения в кэш

24

Only for
Maxus 

 Выводы

25

Bilateral denoising on
Only for
Maxus 

TM3260
Рассмотрим цифровую камеру и попробуем
запрограммировать Bilateral denoising на
встроенном чипе TM3260

Bayer Bilateral Denoising on TriMedia3270
H.Phelippeau, M.Akil, Universite Paris-Est, Labinfo, Noisy-le-
Grand Cedex France, 2007 26

Only for
Maxus 

TM3260
Будем работать с Байесовской
матрицей цветов

x — координата текущего пикселя
у — координата обрабатываемого
пикселя
u(x) — соответствующее значение
пикселя
С(х) — нормализующая константа
β — окно фильтра
h, ρ — Гауссовское распределение 27

Only for
Maxus 

TM3260

Окно фильтра для зеленого 7х7, для красного и синего - 9х9

28

Only for
Maxus 

Прямая реализация

Так не программируют даже на PC!

29

Only for
Maxus 

Look-up tables

Используя
симметричность
заводим таблицу на
8*255 float
значений

30

Only for
Maxus 

Loop unrolling

Развернем внутренний цикл в 4 раза
— такая простая операция на VLIW
процессорах высоко повышает
эффективность

31

Only for
Maxus 

Custom operations

В таком представлении удобно использовать встроенные функции
ТМ векторной обработки данных — super_ld32 и dspuquadabssub.

32

Only for
Maxus 

Custom operations

Результат — уменьшение загрузки более чем в два раза!

33

Only for
Maxus 

Сравнение

Простейшая оптимизация дает прирост почти в
100 раз

34

Проблемы дальнейшей
Only for
Maxus 

оптимизации
Загрузка подряд идущих 9 байтов требует двух
операций super_ld32. Попробуем использовать
окно 8х8
Половина загруженных значений не
используются — изменим реализацию для
обработки всех цветов за раз

35

Only for
Maxus 

Оптимизация загрузок
Выход — считать весь центральный блок за итерацию в окне 8х8

36

Only for
Maxus 

Результаты

Уменьшение окна до 6х6 позволило авторам выйграть в скорости
еще в 1.3 раза.

Даже малейшие оптимизации сильно влияют на скорость работы
алгоритма благодаря компилятору

37

Only for
Maxus 

Выводы

Процессоры TriMedia — мощное и удобное
средство программирования обработки видео
При хорошем уровне разроботки можно добиться
высокой производительности
NXP предлагает встроенный программный пакет
ME/MC, кодеровдекодеров, фильтров с которыми
можно соревноваться

38

Only for
Maxus 

Вопросы

?

39

Only for
Maxus 

Список литературы
 "TriMedia CPU Optimization" Torsten Fink, Manoj Koul and Chuck Peplinski,TM
Center of Excellence, August 2006
 "TriMedia Optimizations by Hand" Torsten Fink, Manoj Koul and Chuck
Peplinski, TM Center of Excellence, August 2006
 "Bayer Bilateral Denoising on TriMedia3270" H.Phelippeau, M.Akil, Universite
Paris-Est, Labinfo, Noisy-le-Grand Cedex France, 2007
 "TM3260 Architecture Databook" Koninklijke Philips Electronics N.V. 2003.
 "PNX15xx Series Data Book" Koninklijke Philips Electronics N.V. 2006.
 "Motion Estimation Performance of the TM3270 Processor" Jan-Willem van
de Waerdt, Jean-Paul van Itegem, Gerrit A.Slavenburg, Philips Semiconductors,
San Jose, CA, USA, NVIDIA Corporation Santa Clara, CA, USA, 2005

40

Обзор процессоров Phillips Nexperia

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (17)

Ähnlich wie Обзор процессоров Phillips Nexperia

Ähnlich wie Обзор процессоров Phillips Nexperia (20)

Mehr von MSU GML VideoGroup

Mehr von MSU GML VideoGroup (20)

Обзор процессоров Phillips Nexperia