LPC5500的DSP加速器——Power十足的PowerQuad

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在刚刚过去的金秋10月，恩智浦发布了全新的MCU系列——LPC5500，同时推出了该系列的第一款产品，业界第一颗双核Cortex-M33的MCU。

与传统MCU相比，面向AI-IoT的应用，LPC5500配备了诸多安全特性；在计算性能上亦有显著提升，尤其是经过PowerQuad的加持，让这款产品更是如虎添翼。本文将着重介绍PowerQuad的功效。

如果希望对PowerQuad了解得更深入些，可跳过本文直接阅读本期另一篇文章：”管窥LPC5500的PowerQuad DSP加速器“。


PowerQuad是什么？

PowerQuad是恩智浦自主研发的一个轻量级的硬件DSP加速器，通过Cortex-M33内核提供的协处理器接口，可以以最高的效率为传统的DSP数学计算进行加速。由于对相关数学计算的支持，也可以把它用作人工智能的预处理加速器。
PowerQuad内部包含一系列硬件加速引擎：
- FFT和IFFT引擎
- 超越函数计算引擎
- 三角函数计算引擎
- 两个二阶IIR滤波器引擎
- 矩阵计算加速引擎
- FIR滤波器引擎
- 旋转坐标转换引擎等

PowerQuad支持四大类计算：一些常用的数学计算、滤波器函数、矩阵计算、傅里叶变换。
常用数学计算包括：
- 1/x 倒数
- sqrt(x) 平方根
- 1/sqrt(x)  平方根的倒数
- ln(x) 以自然数为底的对数
- e^(x)  以自然数为底的指数
- e^(-x)  以自然数为底的指数的倒数
- x1/x2  除法
- sin(x)  正弦函数
- cos(x) 余弦函数
- arctan(x) 反正切函数
- arctanh(x) 反双曲函数

滤波器算法包括：
- 二阶IIR滤波器
- FIR滤波器
- 相关
- 卷积
- 矩阵操作包括：
- 矩阵缩放
- 矩阵加法、减法、求逆
- 矩阵乘积
- 矩阵哈达马乘积(按元素乘积)
- 矩阵转置
- 向量点积

变换功能包括：
- 复数FFT
- 实数FFT
- IFFT
- 复数DCT
- 实数DCT
- IDCT


PowerQuad的性能怎么样？

PowerQuad针对上述计算提供硬件级加速，比同频的Cortex-M33内核的计算速度要快几倍到十几倍，性能十分强劲。
恩智浦还提供与CMSIS-DSP一致的API，使得用户可以无缝移植。当然恩智浦还会提供一些CMSIS-DSP中没有的API，以实现更好的加速性能，例如应用程序不必准备好所有的采样数据，再调用FIR函数进行滤波计算，我们提供了可以逐步提交采样数据的函数，实现采样和计算并行操作的调用函数，达到最优的加速性能。
下图展示了PowerQuad与Cortex-M33内核基于CMSIS-DSP函数库的计算比较。


本图只是给读者一个基本印象，即PowerQuad相比CPU内核在这些数学计算的性能上，有显著的增强。本期将有另一篇文章，会更详细地解读图中的测试结果。
下面请看一段视频，演示了分别使用PowerQuad进行相关计算，并和CMSIS-DSP做性能对比的测试实况。


链接：https://www.nxpic.org.cn/video/index/detail/id-4077

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