嵌入式平台ARM的C代码优化方法

和桶形移位器却可能处于空闲状态，此时可以利用它们来完成往基址寄存器上加一个偏移量的操作，供后面的指令使用。例如：指令 LDR R1, [R2], #4 完成 R1= *R2 及 R2 += 4 两个操作，是后索引（post-indexing）的例子；而指令 LDR R1, [R2, #4]! 完成 R1 = *(R2 + 4) 和 R2 +=4 两个操作，是前索引（pre-indexing）的例子。流水线阻断的情况可通过循环展开，加入其它的操作等方法加以改善。一个循环可以考虑展开unroll以减小跳转指令在循环指令中所占的比重， 进而提高代码效率。下面以一个内存复制函数加以ARM说明。

void memcopy(char *to, char *from, unsigned int nbytes)

{

while(nbytes--)ARM

*to++ = *from++;

}

为简单起见，这里假设nbytes 为16 的ARM倍数（省略对余数的处理）。上面的函数每处理一个字节就要进行一次判断和跳转， 对其中的循环体可作如下展开：

void memcopy(char *to, char *from, unsigned int nbytes)

{

while(nbytes) {

*to++ = *from++;

*to++ = *from++;

*to++ = *from++;

*to++ = *from++;

nbytes - = 4;

}

}

这样一来， 循环体中的指令数增加了，循环次数却减少了。跳转指令ARM带来的负面影响得以削弱。利用ARM 7 处理器32 位字长的特性， 上述代码可进一步作如下调整：

void memcopy(char *to, char *from, unsigned int nbytes)

{

int *p_to = (int *)to;

int *p_from = (int *)from;

while(nbytes) {

*p_to++ = *p_from++;

*p_to++ = *p_from++;

*p_to++ = *p_from++;

*p_to++ = *p_from++;

nbytes - = 16;

}

}

经过优化后，一次循环可以处理16 个字节。跳转指令带来的影响ARM进一步得到减弱。不过可以看出， 调整后的代码在代码量方面有所增加。

存储器相关的优化方法

其他采用存储相关的操作能加速程序运行，如用查表代替计算。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ARM查找。充分利用片内ARM芯片内的高速RAM，即ARM芯片内的指令和数据TCM 或者L1 RAM和L2 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ARM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。这就是Cache的概念，还可以通过优化数据和代码的组织来提高数据和代码的访问效率。

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ARM代码量。

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ARM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）、 合理安排变量顺序

ARM 7 处理器要求ARM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。

3）、 使用Thumb 指令

为了从根本上有效ARM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。