ARM程序设计优化策略与技术

时间：09-21 来源：互联网点击：

1.3 指令集相关的优化方法

有时可以利用ARM7 指令集的特点对程序进行优化。

(1)避免除法

ARM 7 指令集中没有除法指令，其除法是通过调用C 库函数实现的。一个32 位的除法通常需要20"140 个时钟周期。因此，除法成了一个程序效率的瓶颈，应尽量避免使用。有些除法可用乘法代替，例如： if ( (x / y) ＞ z)可变通为 if ( x ＞ (y × z)) 。在能满足精度，且存储器空间冗余的情况下，也可考虑使用查表法代替除法。当除数为2 的幂次方时，应用移位操作代替除法。

(2)利用条件执行

ARM 指令集的一个重要特征就是所有的指令均可包含一个可选的条件码。当程序状态寄存器（PSR ）中的条件码标志满足指定条件时，带条件码的指令才能执行。利用条件执行通常可以省去单独的判断指令，因而可以减小代码尺寸并提高程序效率。

(3)使用合适的变量类型

ARM 指令集支持有符号/ 无符号的8 位、16 位、32位整型及浮点型变量。恰当的使用变量的类型，不仅可以节省代码，并且可以提高代码运行效率。应该尽可能地避免使用char、short 型的局部变量，因为操作8 位/16 位局部变量往往比操作3 2 位变量需要更多指令，请对比下列3 个函数和它们的汇编代码。

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 位变量所需的指令要少于操作8位及16 位变量。

1.4 存储器相关的优化方法

(1)用查表代替计算

在处理器资源紧张而存储器资源相对富裕的情况下，可以用牺牲存储空间换取运行速度的办法。例如需要频繁计算正弦或余弦函数值时，可预先将函数值计算出来置于内存中供以后查找。

(2)充分利用片内RAM

一些厂商出产的ARM 芯片内集成有一定容量的RAM，如Atmel 公司的AT91R40807 内有128KB 的RAM，夏普公司的LH75400/LH75401 内有32KB 的RAM。处理器对片内RAM 的访问速度要快于对外部RAM 的访问，所以应尽可能将程序调入片内RAM 中运行。若因程序太大无法完全放入片内RAM ，可考虑将使用最频繁的数据或程序段调入片内RAM 以提高程序运行效率。

1.5 编译器相关的优化方法

多数编译器都支持对程序速度和程序大小的优化，有些编译器还允许用户选择可供优化的内容及优化的程度。相比前面的各种优化方法，通过设置编译器选项对程序进行优化不失为一种简单有效的途径。

2 代码尺寸优化

精简指令集计算机的一个重要特点是指令长度固定，这样做可以简化指令译码的过程，但却容易导致代码尺寸增加。为避免这个问题，可以考虑采取以下措施来缩减程序代码量。

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 可以加载/ 存储多个寄存器，这在保存/ 恢复寄存器组的状态及进行大块数据复制时非常有效。例如要将寄存器R4"R12 及R14 的内容保存到堆栈中，若用STR 指令共需要10 条，而一条STMEA R13!, {R4 ?? R12, R14} 指令就能达到相同的目的，节省的指令存储空间相当可观。不过需要注意的是，虽然一条LDM/STM 指令能代替多条LDR/STR 指令，但这并不意味着程序运行速度得到了提高。实际上处理器在执行LDM/STM 指令的时候还是将它拆分成多条单独的LDR/STR 指令来执行。

2.2 合理安排变量顺序

ARM 7 处理器要求程序中的32 位/16 位变量必须按字/ 半字对齐，这意味着如果变量顺序安排不合理，有可能会造成存储空间的浪费。例如：一个结构体中的4个32 位int 型变量i1 " i4 和4 个8 位char 型变量c1 " c4，若按照i1、c1、i2、c2、i3、c3、i4、c4 的顺序交错存放时，由于整型变量的对齐会导致位于2 个整型变量中间的那个8 位char 型变量实际占用32 位的存储器，这样就造成了存储空间的浪费。为避免这种情况，应将int 型变量和char 型变量按类似i1、i2、i3、i4、c1、c2、c3、c4 的顺序连续存放。

2.3 使用Thumb 指令

为了从根本上有效降低代码尺寸，ARM 公司开发了16 位的Thumb 指令集。Thumb 是ARM 体系结构的扩充。Thumb 指令集是大多数常用32 位ARM 指令压缩成16 位宽指令的集合。在执行时，16 位指令透明的实时解压成32 位ARM 指令并没有性能损失。而且程序在Thumb状态和ARM 状态之间切换是零开销的。与等价的32 位ARM 代码相比，Thumb 代码节省的存储器空间可高达35% 以上。

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