ARM程序設(shè)計(jì)優(yōu)化

　　有時(shí)可以利用arm7 指令集的特點(diǎn)對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化。

　　(1)避免除法

　　arm 7 指令集中沒(méi)有除法指令，其除法是通過(guò)調(diào)用C 庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)32 位的除法通常需要20~140 個(gè)時(shí)鐘周期。因此， 除法成了一個(gè)程序效率的瓶頸， 應(yīng)盡量避免使用。有些除法可用乘法代替，例如： if ( (x / y) > z)可變通為 if ( x > (y × z)) 。在能滿足精度，且存儲(chǔ)器空間

　　冗余的情況下， 也可考慮使用查表法代替除法。當(dāng)除數(shù)為2 的冪次方時(shí)， 應(yīng)用移位操作代替除法。

　　(2)利用條件執(zhí)行

　　arm 指令集的一個(gè)重要特征就是所有的指令均可包含一個(gè)可選的條件碼。當(dāng)程序狀態(tài)寄存器(PSR )中的條件碼標(biāo)志滿足指定條件時(shí)， 帶條件碼的指令才能執(zhí)行。利用條件執(zhí)行通?？梢允∪为?dú)的判斷指令，因而可以減小代碼尺寸并提高程序效率。

　　(3)使用合適的變量類型

　　arm 指令集支持有符號(hào)/ 無(wú)符號(hào)的8 位、16 位、32位整型及浮點(diǎn)型變量。恰當(dāng)?shù)氖褂米兞康念愋停粌H可以節(jié)省代碼，并且可以提高代碼運(yùn)行效率。應(yīng)該盡可能地避免使用char、short 型的局部變量，因?yàn)椴僮? 位/16 位局部變量往往比操作3 2 位變量需要更多指令， 請(qǐng)對(duì)比下列3 個(gè)函數(shù)和它們的匯編代碼。

　　intwordinc(inta) wordinc

　　{ ADD a1,a1,#1

　　return a + 1; MOV pc,lr

　　} shortinc

　　shortshortinc(shorta) ADD a1,a1,#1

　　{ MOV a1,a1,LSL #16

　　return a + 1; MOV a1,a1,ASR #16

　　} MOV pc,lr

　　charcharinc(chara) charinc

　　{ ADD a1,a1,#1

　　return a + 1; AND a1,a1,#ff

　　} MOV pc,lr

　　可以看出， 操作3 2 位變量所需的指令要少于操作8位及16 位變量。

　　1.4 存儲(chǔ)器相關(guān)的優(yōu)化方法

　　(1)用查表代替計(jì)算

　　在處理器資源緊張而存儲(chǔ)器資源相對(duì)富裕的情況下， 可以用犧牲存儲(chǔ)空間換取運(yùn)行速度的辦法。例如需要頻繁計(jì)算正弦或余弦函數(shù)值時(shí)，可預(yù)先將函數(shù)值計(jì)算出來(lái)置于內(nèi)存中供以后查找。

　　(2)充分利用片內(nèi)RAM

　　一些廠商出產(chǎn)的arm 芯片內(nèi)集成有一定容量的RAM，如Atmel 公司的AT91R40807 內(nèi)有128KB 的RAM，夏普公司的LH75400/LH75401 內(nèi)有32KB 的RAM。處理器對(duì)片內(nèi)RAM 的訪問(wèn)速度要快于對(duì)外部RAM 的訪問(wèn)，所以應(yīng)盡可能將程序調(diào)入片內(nèi)RAM 中運(yùn)行。若因程序太大無(wú)法完全放入片內(nèi)RAM ，可考慮將使用最頻繁的數(shù)據(jù)或程序段調(diào)入片內(nèi)RAM 以提高程序運(yùn)行效率。

　　1.5 編譯器相關(guān)的優(yōu)化方法

　　多數(shù)編譯器都支持對(duì)程序速度和程序大小的優(yōu)化，有些編譯器還允許用戶選擇可供優(yōu)化的內(nèi)容及優(yōu)化的程度。相比前面的各種優(yōu)化方法， 通過(guò)設(shè)置編譯器選項(xiàng)對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化不失為一種簡(jiǎn)單有效的途徑。

　　2 代碼尺寸優(yōu)化

　　精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要特點(diǎn)是指令長(zhǎng)度固定， 這樣做可以簡(jiǎn)化指令譯碼的過(guò)程，但卻容易導(dǎo)致代碼尺寸增加。為避免這個(gè)問(wèn)題，可以考慮采取以下措施來(lái)縮減程序代碼量。

　　2.1 使用多寄存器操作指令

　　arm 指令集中的多寄存器操作指令LDM/STM 可以加載/ 存儲(chǔ)多個(gè)寄存器，這在保存/ 恢復(fù)寄存器組的狀態(tài)及進(jìn)行大塊數(shù)據(jù)復(fù)制時(shí)非常有效。例如要將寄存器R4~R12 及R14 的內(nèi)容保存到堆棧中，若用STR 指令共需要10 條，而一條STMEA R13!, {R4 ?? R12, R14} 指令就能達(dá)到相同的目的，節(jié)省的指令存儲(chǔ)空間相當(dāng)可觀。不過(guò)需要注意的是， 雖然一條LDM/STM 指令能代替多條LDR/STR 指令，但這并不意味著程序運(yùn)行速度得到了提高。實(shí)際上處理器在執(zhí)行LDM/STM 指令的時(shí)候還是將它拆分成多條單獨(dú)的LDR/STR 指令來(lái)執(zhí)行。

　　2.2 合理安排變量順序

　　arm 7 處理器要求程序中的32 位/16 位變量必須按字/ 半字對(duì)齊，這意味著如果變量順序安排不合理， 有可能會(huì)造成存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。例如：一個(gè)結(jié)構(gòu)體中的4個(gè)32 位int 型變量i1 ~ i4 和4 個(gè)8 位char 型變量c1 ~ c4，若按照i1、c1、i2、c2、i3、c3、i4、c4 的順序交錯(cuò)存放時(shí)， 由于整型變量的對(duì)齊會(huì)導(dǎo)致位于2 個(gè)整型變量中間的那個(gè)8 位char 型變量實(shí)際占用32 位的存儲(chǔ)器，這樣就造成了存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。為避免這種情況， 應(yīng)將int 型變量和char 型變量按類似i1、i2、i3、i4、c1、c2、c3、c4 的順序連續(xù)存放。

　　2.3 使用Thumb 指令

　　為了從根本上有效降低代碼尺寸，ARM 公司開發(fā)了16 位的Thumb 指令集。Thumb 是ARM 體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充。Thumb 指令集是大多數(shù)常用32 位ARM 指令壓縮成16 位寬指令的集合。在執(zhí)行時(shí)，16 位指令透明的實(shí)時(shí)解壓成32 位ARM 指令并沒(méi)有性能損失。而且程序在Thumb狀態(tài)和ARM 狀態(tài)之間切換是零開銷的。與等價(jià)的32 位arm 代碼相比，Thumb 代碼節(jié)省的存儲(chǔ)器空間可高達(dá)35% 以上。

　　結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，優(yōu)化的過(guò)程是在透徹了解軟/ 硬件結(jié)構(gòu)和特性的前提下，充分利用硬件資源，不斷調(diào)整程序結(jié)構(gòu)使之趨于合理的過(guò)程。其目的是最大程度發(fā)揮處理器效能，最大限度利用資源，盡可能提高程序在特定硬件平臺(tái)上的性能。隨著ARM 處理器在通信及消費(fèi)電子等行業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛，優(yōu)化技術(shù)將在基于arm 處理器的程序設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

　　值得注意的是，程序的優(yōu)化通常只是軟件設(shè)計(jì)需要達(dá)到的諸多目標(biāo)之一， 優(yōu)化應(yīng)在不影響程序正確性、健壯性、可移植性及可維護(hù)性的前提下進(jìn)行。片面追求程序的優(yōu)化往往會(huì)影響健壯性、可移植性等重要目標(biāo)。