Blackfin C语言优化

其实我不是很会写文章，想要把技术性文章写的有意思就更难了。不过这一段日子总是有一种冲动想要写点什么，把自己了解的有关BlackfinC语言优化和系统优化方面的技巧和知识写下来，和正在从事这方面工作朋友们分享，也许有些帮助，也算是对自己过去一段时间工作的总结。
在文章开始之前，我想先问读者一个问题：您的DSP代码里有多少是汇编，这些汇编里有多少是您自己写的？
曾几何时汇编编程是DSP工程师的一张名片。很多人到现在谈起汇编编程还是颇为自豪的，搞得你想说自己不会都要鼓起点勇气——那眼神是恨不得把你送回火星去。这主要是因为在最开始的时候DSP上的C语言编译器不是很普遍，编译器的水平也还在起步阶段，很难用到DSP相应的硬件特性，编译效率值得商榷。而且那时DSP应用场景和复杂度远不比今天，基本上限制在数字信号处理的典型算法上，FFT，FIR，IIR滤波器，等等。这些函数和滤波器的实现相对今天的应用比较简单，用汇编语言也容易突出DSP的硬件特性。还有一个原因是那时候DSP普遍都跑的很慢，基本上在几十兆的水平。这也限制了C语言的使用。试想一下一段C代码跑的比汇编慢十倍，几十兆的DSP一下就变几兆了。
但是今天再来看这所有的一切是完全不一样了。首先是DSP的应用范围越来越广，客户越来越多的希望用同一颗芯片，在同一个平台上实现更多的设计和应用。这对DSP的设计，DSP和MCU的融合都带来重大影响。DSP和MCU之间也不是过往那井水不犯河水的安宁。随着DSP和MCU的主频先后突破1GHz，在很多应用中DSP和MCU相伴相生的场景也开始被一颗强壮的芯代替，或者DSP或者MCU。在这样的应用中，操作系统，文件系统，USB协议栈，TCP/IP，海量数据存储，样样都会用到。数字信号处理也从骨灰级的滤波器变成全系列音视频处理，OFDM基带处理，天线阵列信号处理，彩色图像重建…试想一下这些应用哪一个不是成千上万行代码。汇编语言在编程复杂度，可移植性和可维护性上真的是遇到了前所未有的挑战。而与此相对应的是C语言和C语言编译器的蓬勃发展。今天您可以很容易找到上面提到所有这些应用和算法的C语言实现，而C语言编译器在编译效率和成熟度上都有很大的突破。也让C语言在DSP上的应用得以受到愈来愈高的重视。
但是C语言本身并不是为DSP定义的——C语言在PC上的默认条件在嵌入式处理器上不成立，比方说存储空间无限，比方说内存连续，更不要说如何绑定DSP特殊的硬件支持。所以要充分发挥DSP的能力，C语言优化是一下一张DSP工程师的名片。不会C语言优化，OK，你可以回火星，地球很危险。
1. 拳谱总纲
闲话不表。在深入到细节之前，我想先从宏观的角度讨论一下C语言优化一些大的原则。就好像我们在学七伤拳之前先来背背拳谱总纲，提纲挈领很重要。这些原则可以用图1来说明。

图1：C语言优化性能曲线。在这张图里我们看到的是一根程序性能随C语言和汇编语言在程序中比例变化而变化的曲线。整条性能曲线开始在A点，可以把它叫做out-of-boxA点，就是程序员或者用户用自己未经优化的C语言程序在DSP上编译和运行能够达到的性能。这个性能取决于程序的复杂度和编译器的性能，但通常不会很高，大约在30%左右。这未经优化的C语言我们把它叫做out-of-boxC。这里的30%是什么意思呢，就是你有一个600MHz的DSP去运行out-of-boxC的程序，内核被占满了，但能做的有用的事情（性能）只相当于一个180MHz的DSP。为什么会这样呢，前面已经提到了，那就是out-of-boxC不是为DSP量身定做的，不能充分用到DSP的各项性能。好，从A点开始向B点运动，我们就进入了今天要讨论的范围，也就是进入了“Box”。这个时候我们在out-of-boxC的基础上，在C语言的范围内面向我们要使用的DSP,对程序经行优化，就来到了B点。在B点，能够达到的性能是大约70％～80％。要注意，从A点到B点，所有的工作都是在C语言的范围内进行的，并没有进入汇编语言的范畴。这个时候的C语言可以叫它做OptimizedC，它是在out-of-boxC的基础上加入针对当前DSP的扩展而形成的。如果沿着性能曲线进一步向前，就进入了汇编语言的范畴，也就是程序员开始把一部分重要的，大量消耗cycle的程序改写为汇编。随着被改写的程序的增多和进入汇编领域的深入，我们达到了整条性能曲线的顶点——C点。这时大致有20％左右的代码已经被汇编语言代替，而程序的性能也已经超过了90％，也就是我们基本上充分利用了整颗DSP的全部性能。在C点的位置，程序是处在一个混合编程的状态——OptimizedC和汇编的混合编程。这里可以使用C语言可调用的汇编