ARM程序設計優(yōu)化

　　有時(shí)可以利用arm7 指令集的特點(diǎn)對程序進(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)調用C 庫函數實(shí)現的。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(mǎn)足精度，且存儲器空間

　　冗余的情況下， 也可考慮使用查表法代替除法。當除數為2 的冪次方時(shí)， 應用移位操作代替除法。

　　(2)利用條件執行

　　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。當程序狀態(tài)寄存器(PSR )中的條件碼標志滿(mǎn)足指定條件時(shí)， 帶條件碼的指令才能執行。利用條件執行通?？梢允∪为毜呐袛嘀噶?，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(lèi)型

　　arm 指令集支持有符號/ 無(wú)符號的8 位、16 位、32位整型及浮點(diǎn)型變量。恰當的使用變量的類(lèi)型，不僅可以節省代碼，并且可以提高代碼運行效率。應該盡可能地避免使用char、short 型的局部變量，因為操作8 位/16 位局部變量往往比操作3 2 位變量需要更多指令， 請對比下列3 個(gè)函數和它們的匯編代碼。

　　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 存儲器相關(guān)的優(yōu)化方法

　　(1)用查表代替計算

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

　　(2)充分利用片內RAM

　　一些廠(chǎng)商出產(chǎn)的arm 芯片內集成有一定容量的RAM，如Atmel 公司的AT91R40807 內有128KB 的RAM，夏普公司的LH75400/LH75401 內有32KB 的RAM。處理器對片內RAM 的訪(fǎng)問(wèn)速度要快于對外部RAM 的訪(fǎng)問(wèn)，所以應盡可能將程序調入片內RAM 中運行。若因程序太大無(wú)法完全放入片內RAM ，可考慮將使用最頻繁的數據或程序段調入片內RAM 以提高程序運行效率。

　　1.5 編譯器相關(guān)的優(yōu)化方法

　　多數編譯器都支持對程序速度和程序大小的優(yōu)化，有些編譯器還允許用戶(hù)選擇可供優(yōu)化的內容及優(yōu)化的程度。相比前面的各種優(yōu)化方法， 通過(guò)設置編譯器選項對程序進(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)指令集計算機的一個(gè)重要特點(diǎn)是指令長(cháng)度固定， 這樣做可以簡(jiǎn)化指令譯碼的過(guò)程，但卻容易導致代碼尺寸增加。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/ 存儲多個(gè)寄存器，這在保存/ 恢復寄存器組的狀態(tài)及進(jìn)行大塊數據復制時(shí)非常有效。例如要將寄存器R4~R12 及R14 的內容保存到堆棧中，若用STR 指令共需要10 條，而一條STMEA R13!, {R4 ?? R12, R14} 指令就能達到相同的目的，節省的指令存儲空間相當可觀(guān)。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(zhù)程序運行速度得到了提高。實(shí)際上處理器在執行LDM/STM 指令的時(shí)候還是將它拆分成多條單獨的LDR/STR 指令來(lái)執行。

　　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/ 半字對齊，這意味著(zhù)如果變量順序安排不合理， 有可能會(huì )造成存儲空間的浪費。例如：一個(gè)結構體中的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 的順序交錯存放時(shí)， 由于整型變量的對齊會(huì )導致位于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 位的存儲器，這樣就造成了存儲空間的浪費。為避免這種情況， 應將int 型變量和char 型變量按類(lèi)似i1、i2、i3、i4、c1、c2、c3、c4 的順序連續存放。

　　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(kāi)發(fā)了16 位的Thumb 指令集。Thumb 是ARM 體系結構的擴充。Thumb 指令集是大多數常用32 位ARM 指令壓縮成16 位寬指令的集合。在執行時(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(kāi)銷(xiāo)的。與等價(jià)的32 位arm 代碼相比，Thumb 代碼節省的存儲器空間可高達35% 以上。

　　結語(yǔ)

　　綜上所述，優(yōu)化的過(guò)程是在透徹了解軟/ 硬件結構和特性的前提下，充分利用硬件資源，不斷調整程序結構使之趨于合理的過(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上的性能。隨著(zhù)ARM 處理器在通信及消費電子等行業(yè)中的應用日趨廣泛，優(yōu)化技術(shù)將在基于arm 處理器的程序設計過(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)化通常只是軟件設計需要達到的諸多目標之一， 優(yōu)化應在不影響程序正確性、健壯性、可移植性及可維護性的前提下進(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。