ARM编程技巧75204.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,TM,Click to Edit Master Title Style,*,103v04 C/C+Compiler Hints&Tips,ARM,编程技巧,Agenda,ARM,编译器优化,C/C+,和汇编混合模式编程,使用,ARM,编译器编码,局部和全局数据讨论,优化级别,使用的编译器优化级别是可选择的,-O0-DEBUG,关闭大多数优化,.,最好的调试信息，最少的优化,-O1-DEBUGREL,多数优化选项许可,给一个满意的调试，好的代码密度,-O2-RELEASE,(default),完全的优化,有限的调试信息，最好的代码密度,为代码大小或运行速度的优化，可选择:,-,Ospace,(,默认的)或,-,Otime,.,使用,-g,选像可包含源码级调试信息,ADS,编译器在所有级别中执行一些简单的优化,i.e.,-O0,-O1,-O2,下面是一个例子：即使用-,O0,多余的表达式也被清除了,:,ATPCS,标准中子程序结果返回规则,结果为32位整数，,R0,返回,结果为64位整数，,R0，R1,返回,位数更多时，用内存来传递,自动优化,int,f(,int,*p),return(*p=*p);,armcc,-c-O0,f,MOV r1,r0,MOV r0,#1,MOV pc,lr,注意：在这种情况下，可使用,C,的关键字,volatile,强制使用这些变量,使用“,volatile”,int,f(volatile,int,*p),return(*p=*p);,armcc,-c,f,LDR r1,r0,LDR r0,r0,CMP r1,r0,MOVNE r0,#0,MOVEQ r0,#1,MOV pc,lr,int,f(,int,*p),return(*p=*p);,f,MOV r0,#1,MOV pc,lr,armcc,-c,这个代码用的编译级别是：-,o2,下面是一个冗余代码清除的例子，他只用了-,o1,的优化选项,:,冗余代码的清除,int,dummy(),int,a=10,b=20;,int,c;,c=a+b;,return 0;,armcc,-c-O1,dummy,MOV r0,#0,MOV pc,lr,指令编排,指令编排在高级优化选项中是有效的,(,-O1,-O2,).,指令的重新编排是为了使要运行的代码更适合对应的核,为,arm9,和以后的处理器提高吞吐量（一般可达到4%），并防止互锁（,interlock）,选择处理器可决定使用的运算法则，,在默认情况下，使用针对,ARM9,的优化方案（对,ARM7,的运行没有影,响）,例如:,int,f(,int,*p,int,x),return*p+x*3;,没用指令编排,(-O0),使用指令编排(-,O1,-O2),ADD r1,r1,r1,LSL#1,LDR r0,r0,#0LDR,r0,r0,#0,ADD r1,r1,r1,LSL#1ADD r0,r0,r1,;,interlock on ARM9,ADD r0,r0,r1MOV pc,lr,MOV pc,lr,armcc,cpu,arm7tdmi,armcc,cpu,arm9tdmi,Tail-call Optimization,嵌套优化可避免在函数级里的不必要的返回,在可能的情况下,BL,译码成,B,在高级优化里有效,(,-O1,-O2,).,int,main(),int,x=f();:,int,f(),int,y=g();return y;,int,g()return 10;,B g,BL f:,MOV r0,#10MOV pc,lr,BL f:,STR,lr,sp,#-4!BL gMOV r1,r0MOV r0,r1LDR pc,sp,#4,MOV r0,#10 MOV pc,lr,嵌套优化,内嵌函数（,inline）,内嵌可通过删除子函数调用的开销来提高性能,这个,inline,关键字显示哪个函数将被内嵌,在高级优化选项中，,ADS 1.2,编译器默认自动内嵌,-,Oautoinline,(default,-O2,),-Ono_,autoline,(default for,-O0,-O1,),哪个函数是否被内嵌取决于：,他们是否被,_inline,标示,优化的级别,-,Otime,/,-,Ospace,函数被调用的次数,如果函数在别的模块中不被调用，一个好的建议是用,static,标识函数，否则，编译器将在内嵌译码里把该函数编译乘非内嵌的,加代码的长度,使调试信息更复杂,Example.,Inline example,int,bar(,int,a),a=a+5;,return a;,int foo,(,int,i),i=bar(i);,i=i-2;,i=bar(i);,i+;,return i;,bar,ADD r0,r0,#5,MOV pc,lr,foo,STR,lr,sp,#-4!,BL bar,SUB r0,r0,#2,BL bar,ADD r0,r0,#1,LDR pc,sp,#4,_inline,int,bar(,int,a),a=a+5;,return a;,int foo,(,int,i),i=bar(i);,i=i-2;,i=bar(i);,i+;,return i;,foo,ADD r0,r0,#5,SUB r0,r0,#2,ADD r0,r0,#5,ADD r0,r0,#1,MOV pc,lr,内嵌例子,Agenda,ARM,编译器的优化,C/C+,和汇编混合模式编程,使用,ARM,编译器编码,局部和全局数据讨论,C,和汇编的混合编程,C/C+,和汇编能很容易的混合,:,可实现在,c,中无法实现的处理器功能,使用新的或不支持的指令,产生更高效的代码,直接链接变量和程序,确定符合程序调用规范,输入/输出相关的符号,编译器也可包含内嵌汇编,大多数,arm,指令集都可实现,寄存器操作数可支持任意的,c/c+,的表达式,内嵌汇编代码可由编译器的优化器来传递,ATPCS（arm/thumb,程序调用规范）,r8,r9/,sb,r10/,sl,r11,r12,r13/sp,r14/,lr,r15/pc,r0,r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7,寄存器变量,必须保护,作为函数传递的参数值,Scratch register,(corruptible),Stack PointerLink Register,Program Counter,编译器使用一套规则的来设置寄存器的用法,ARM-Thumb Procedure Call Standard or,ATPCS,(or APCS),CPSR,标志位可被函数调用所破坏,任何和编译过的代码交互工作的汇编码在接口层必 须满足,ATPCS,的规范,Register,-如果,RWPI,选项有效，作为栈的基地址,-如果软件堆栈检查有效，作为栈的限制值,-可作为临时的一个值栈一样来使用,-子程序内部调用的可改写的寄存器,-程序计数器,在,C,程序中调用汇编,在汇编程序中用,export name,来定义,在,C,程序中直接调用,用,EXTERN,声明,正常链接,extern void,mystrcopy,(char*d,const char*s);,int,main(void),const char*,src,=“Source”;char,dest,10;,.,mystrcopy,(,dest,src,);,.,AREA,StringCopy,CODE,READONLY,EXPORT,mystrcopy,mystrcopy,LDRB r2,r1,#1,STRB r2,r0,#1,CMP r2,#0,BNE,mystrcopy,MOV pc,lr,END,这里所有的参数都是可以用寄存器来传递的，所以不需要在汇编程序中使用,PUSH/POP,来保护,CALL,内嵌汇编,允许使用一些不能由编译器自动生成的指令,:,MSR/MRS,新的指令,协处理器指令,通常在关联的内嵌函数中使用,使用,C,变量代替寄存器,不是一个真正的汇编文件,通过优化器实现,ADS FAQ,入口“,Using the Inline Assembler”,#define Q_Flag 0 x08000000/Bit 27,_inline void Clear_Q_flag(void),int,temp;,_,asm,MRS temp,CPSR,BIC temp,temp,#Q_Flag,MSR CPSR_f,temp,_inline,int,mult16(short a,short b,int,c),int,temp;,_,asm,SMLABB temp,a,b,c,return temp;,Agenda,ARM,编译器的优化,C/C+,和汇编混合模式编程,使用,ARM,编译器编码,局部和全局数据讨论,参数传递,开始四个字大小的参数直接使用寄存器的,R0-R3,来传递(快速且高效的,),更多的信息可参看,ATPCS,如果需要更多的参数，将使用堆栈。,(,需要额外的指令和慢速的存储器操作,),所以通常限制参数的个数，使它为4或更少。,如果不可避免，把常用的参数前4个放在,R0-R3,中,Example.,Parameter Passing(4 parameters),int,func1(,int,a,int,b,int,c,int,d),return a+b+c+d;,int,caller1(void),return func1(1,2,3,4);,func1,0 x000000:ADD r0,r0,r1,0 x000004:ADD r0,r0,r2,0 x000008:ADD r0,r0,r3,0 x00000c:MOV pc,lr,caller1,0 x000014:MOV r3,#4,0 x000018:MOV r2,#3,0 x00001c:MOV r1,#2,0 x000020:MOV r0,#1,0 x000024:B func1,Parameter Passing(4 parameters),Parameter Passing(6 parameters),Parameter Passing(6 parameters),func2,0 x000000:STR,lr,sp,#-4!,0 x000004:ADD r0,r0,r1,0 x000008:ADD r0,r0,r2,0 x00000C:ADD r0,r0,r3,0 x000010:LDMIB sp,r12,r14,0 x000014:ADD r0,r0,r12,0 x000018:ADD r0,r0,r14,0 x00001C:LDR pc,sp,#4,caller2,0 x000020:STMFD sp!,r2,r3,lr,0 x000024:MOV r3,#6,0 x000028:MOV r2,#5,0 x00002C:STMIA sp,r2,r3,0 x000030:MOV r3,#4,0 x000034:MOV r2,#3,0 x000038:MOV r1,#2,0 x00003C:MOV r0,#1,0 x000040:BL func2,0 x000044:LDMFD sp!,r2,r3,pc,int,func2(,int,a,int,b,intc,int,d,int,e,int,f),return a+b+c+d+e+f;,int,caller2(void),return func1(1,2,3,4,5,6);,This code is compiled with“-O2-Ono_,autoinline,”,循环终止,在,for(),while(),dowhile(),的循环中，用减到0代替加到某个值。,比如，用下面的代替,:,for(loop=1;loop=total;loop+)/（ADD，CMP）,代替为：,for(loop=total;loop!=0;loop-)/（SUBS）,尽量减少循环的次数,代码小，且使用更少的寄存器,Example.,Loop Termination,Count up,int,fact1(,int,limit),int,i;,int,fact=1;,for(i=1;i=60)count=0;,modulo,ADD r1,r0,#1,MOV r0,#0 x3c,BL _,rt,_,udiv,MOV r0,r1,test_and_reset,ADD r0,r0,#1,CMP r0,#0 x3c,MOVCS r0,#0,这个代码用,“-O1-,Ospace,”,编译,浮点,软件浮点库(,fplib,),默认：,-,fpu softvfp,(or,softfpa,),浮点协处理器,VFP(ARM10 and ARM9),-,fpu vfp,(or,vfpv1,or,vfpv2,),FPA(,eg,ARM7 500fe)-now obsolete,-,fpu fpa,软件浮点仿真,(FPE),通过未定义的异常来捕获协处理器指令,VFP(and FPA),实际上是硬件协处理器和仿真的混合,要求支持代码去实现混合运算,在,AFS 1.3,和以后的版本里有,VFP,的 支持代码,在,ADS,的,FPA,里.,在,thumb,代码使用,fp,处，,vfp,系统用,-,fpu softvfp,+,vfp,编译,使用,-,auto_float_constants,预防常量被处理为双精度类型，关闭警告用,-Wk,.,Example.,float,foo,(float num1,float num2),float temp,temp2;,temp=num1+num2;,temp2=num2*num2;,return temp2-temp;,armcc,float.c,foo,FADDS s0,s0,s1,FMULS s1,s1,s1,FSUBS s0,s1,s0,MOV pc,lr,使用协处理器指令,foo,STMFD sp!,r3-r5,lr,MOV r4,r1,BL,_,fadd,MOV r5,r0,MOV r0,r4,MOV r1,r4,BL,_,fmul,MOV r1,r5,LDMFD sp!,r3-r5,lr,B,_,fsub,使用浮点库,armcc,-,fpu,vfpv2 float.c,Floating point examples,Agenda,ARM,编译器优化,C/C+,和汇编混合模式编程,使用,ARM,编译器编码,局部和全局数据,变量类型,全局和静态变量保留在,RAM,里,需使用,loads/stores,访问外部存储器,局部变量通常放在寄存器中，用来快速且高效的处理,如果编译器的寄存器分配算法认为超过现有的寄存器数量，将把变量压入栈中,对局部变量，用,word-sized(,int,),代替,halfword,和,byte:,为了确保不受其他条件的影响，可特别指定使用,32-bit,寄存器变量.,int wordsize,(,int,a),wordsize,0 x000000:MOV r0,r0,LSL#1,return(a*2);0 x000004:MOV pc,lr,short,halfsize,(short b),halfsize,0 x000008:MOV r0,r0,LSL#17,return(b*2);0 x00000c:MOV r0,r0,ASR#16,0 x000010:MOV pc,lr,char,bytesize,(char c),bytesize,0 x000014:MOV r0,r0,LSL#25,return(c*2);0 x000018:MOV r0,r0,LSR#24,0 x00001c:MOV pc,lr,变量大小,堆栈的用法,C/C+,代码的堆栈使用,，,堆栈用来保留,:,子程序的返回地址,溢出的局部变量,局部数组和结构体,注意:,函数越小越好：,(,更少的变量，更少的溢出)；,更少数量的,live,变量,(,比如：函数里每个点保存的有用的数据,),避免使用大的局部结构体或数组,(,使用,malloc,/free,代替),避免递归,堆栈使用估计,链接使用,-,callgraph,显示静态堆栈的开销,(html,文件).,编译时使用软件堆栈检查,-,apcs,/,swst,在栈结束点设置,watchpoint,测试堆栈,定义大的栈,填充某个值，看覆盖了多少，从而判定栈的使用情况,ARMulator,映射文件,拒绝访问栈下面的区域，栈溢出将导致一个,data abort,异常,stackuse,.c,ARMulator,模式,跟踪堆栈的大小，用,ARMulator,的统计来输出报告,当要对堆栈使用情况进行估计时，使用,worst case,全局数据布局,char one;,short two;,char three;,int,four;,char,short,int,char,e.g.,声明的数据,Declared alignment,12 bytes,(4 bytes of padding),Optimal alignment,8 bytes,(Zero bytes of padding),ADS 1.1+,将自动,用此风格排序,short,char,char,int,全局数据保存在存储器里，不是寄存器,需要,load/store,指令来访问,用物理尺寸的边界对齐,ADS 1.2,会优化在一个模块里的全局数据的布局,用,-Ono_data_reorder,将关闭排序,不对齐访问,ARM,硬件需要在自然尺寸的边界访问内存,Word,访问在,word,尺寸,Halfword,访问在,halfword,尺寸,Byte,访问在,byte,尺寸,不对齐访问,遗留代码,特定协议,需要必须告诉编译器，让它产生适当的指令序列,使用,_,packed,属性,可能导致多字节访问代替单字节访问,用,LDM,指令的结果有,2,字,转变为生成单字,不对齐数据的访问所产生的意外的结果取决于指令的使用,将是不可预知的,指针的对齐,必须非常小心指针的对齐,可能导致程序的失败,memcpy,inlined,memcpy,called,memcpy,inlined,unsafely,memcpy,called safely,#,include,int,*a=(,int,*)0 x1000;,int,*b=(,int,*)0 x2000;char*c=(char*)0 x3001;_packed,int,*d;void,foo,(void),memcpy,(b,a,12);,memcpy,(c,a,12);,b=(,int,*)c;,memcpy,(b,a,12);,d=(_packed,int,*)c;,memcpy,(void*)d,a,12);,STMFD r13!,r4,r14,LDR r4,0 x58,LDR r1,r4,#0,LDR r0,r4,#4,LDMIA r1,r2,r3,r12,STMIA r0,r2,r3,r12,LDR r0,r4,#8,LDR r1,r4,#0,MOV r2,#0 xc,BL _,rt,_,memcpy,LDR r0,r4,#8,STR r0,r4,#4,LDR r1,r4,#0,LDMIA r1,r2,r3,r12,STMIA r0,r2,r3,r12,LDR r0,r4,#8,LDR r1,0 x5c,MOV r2,#0 xc,STR r0,r1,#0,LDR r1,r4,#0,BL _,rt,_,memcpy,LDMFD r13!,r4,pc,结构的打包,在结构里定义打包的元素代替结构的打包,他将帮助减小访问输出的结构的开销,ADS FAQ,入口:,Aligned v.unaligned accesses and use of _packed,_,packed,struct mystruct,int,aligned_i;,short aligned_s;,int,unaligned_i;,;,extern,struct mystruct,S;,short,int,U_,int,U_,int,struct mystruct,int,aligned_i;,short aligned_s;,_packed,int,unaligned_i;,;,extern,struct mystruct,S;,PREFER.,_packed,限定的数据为1字节对齐,不实现字节对齐调整,很高的访问代价，不会节省存储空间,优化的指针基地址,extern,int,a;,extern,int,b;,void,foo,(,int,x,int,y)a=x;b=y;,b,a,LDR r2,pc,#12,STR r0,r2,#0,LDR r3,pc,#8,STR r1,r3,#0,MOV pc,lr,DCD“address of a”,DCD“address of b”,a,和,b,被定义为外部的,注意：在用-,o0,时无效,LDR r2,pc,#8,STR r0,r2,#0,STR r1,r2,#4,MOV pc,lr,DCD“base address of a and b”,a,和,b,被定义为模块内用的数据,int,a;,int,b;,void,foo,(,int,x,int,y),a=x;,b=y;,优化外部全局指针,如果全局数据放在结构体里，每个元素的访问将自动的在基指针上偏移,在结构体里的元素将按大小的边界对齐,编译器不对结构体重新排列,把数据放在多个逻辑结构体内，代替一个大的结构,#,define,将对主应用代码的改变隐藏起来,#define value,mystruct,.value,Example.,外部全局变量,extern,int,a;,extern,int,b;,int,main(void),return a+b;,int,a;,int,b;,main,LDR r0,0 x000080c0,000080ac,LDR r1,0 x000080c4,000080b0LDR r0,r0,#0,000080b4LDR r1,r1,#0,000080b8ADD r0,r0,r1,000080bcMOV pc,lr,000080c0DCD 0 x000083d4,000080c4DCD 0 x000083d8,extern,struct,data,mystruct,;,int,main(void),return,mystruct,.a+,mystruct,.b;,struct,data,int,a;,int,b;,mystruct,;,main,LDR r0,0 x000080bc,000080acLDR r1,r0,#0,000080b0LDR r0,r0,#4,000080b4ADD r0,r1,r0,000080b8MOV pc,lr,000080bcDCD 0 x000083cc,data.c,code.c,Assembler output,测验,1)默认的优化级别是什么？,2）给,tail-call,优化有什么好处,3),在函数调用时，管理寄存器用法的标准的名字是什么？,4),在参数传递时，被推荐的最大的量是多少？,5),为什么在,arm,里要尽可能避免使用除法？,6)_packed,的效果是什么？,参考,需要更多的信息，请看:,ADS 1.2 Compilers and Libraries Guide,Section 2:C and C+Compilers,Section 3:ARM Compiler Reference,ADS 1.2 Developer Guide,Chapter 4:Mixing C,C+and Assembly Language,Application Note 34,Writing Efficient C,Application Note 36,Declaring Global Data in C,