ARM程序設計優化

　　有時可以利用arm7 指令集的特點對程序進行優化。

　　(1)避免除法

　　arm 7 指令集中沒有除法指令，其除法是通過調用C 庫函數實現的。一個32 位的除法通常需要20~140 個時鐘周期。因此， 除法成了一個程序效率的瓶頸， 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， 應用移位操作代替除法。

　　(2)利用條件執行

　　arm 指令集的一個重要特征就是所有的指令均可包含一個可選的條件碼。當程序狀態寄存器(PSR )中的條件碼標志滿足指定條件時， 帶條件碼的指令才能執行。利用條件執行通常可以省去單獨的判斷指令，因而可以減小代碼尺寸并提高程序效率。

　　(3)使用合適的變量類型

　　arm 指令集支持有符號/ 無符號的8 位、16 位、32位整型及浮點型變量。恰當的使用變量的類型，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 存儲器相關的優化方法

　　(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，可預先將函數值計算出來置于內存中供以后查找。

　　(2)充分利用片內RAM

　　一些廠商出產的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 的訪問速度要快于對外部RAM 的訪問，所以應盡可能將程序調入片內RAM 中運行。若因程序太大無法完全放入片內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 編譯器相關的優化方法

　　多數編譯器都支持對程序速度和程序大小的優化，有些編譯器還允許用戶選擇可供優化的內容及優化的程度。相比前面的各種優化方法， 通過設置編譯器選項對程序進行優化不失為一種簡單有效的途徑。

　　2 代碼尺寸優化

　　精簡指令集計算機的一個重要特點是指令長度固定， 這樣做可以簡化指令譯碼的過程，但卻容易導致代碼尺寸增加。為避免這個問題，可以考慮采取以下措施來縮減程序代碼量。

　　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/ 存儲多個寄存器，這在保存/ 恢復寄存器組的狀態及進行大塊數據復制時非常有效。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。不過需要注意的是， 雖然一條LDM/STM 指令能代替多條LDR/STR 指令，但這并不意味著程序運行速度得到了提高。實際上處理器在執行LDM/STM 指令的時候還是將它拆分成多條單獨的LDR/STR 指令來執行。

　　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，這意味著如果變量順序安排不合理， 有可能會造成存儲空間的浪費。例如：一個結構體中的4個32 位int 型變量i1 ~ i4 和4 個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， 由于整型變量的對齊會導致位于2 個整型變量中間的那個8 位char 型變量實際占用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 公司開發了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，16 位指令透明的實時解壓成32 位ARM 指令并沒有性能損失。而且程序在Thumb狀態和ARM 狀態之間切換是零開銷的。與等價的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

　　綜上所述，優化的過程是在透徹了解軟/ 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程。其目的是最大程度發揮處理器效能，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ARM 處理器在通信及消費電子等行業中的應用日趨廣泛，優化技術將在基于arm 處理器的程序設計過程中發揮越來越重要的作用。

　　值得注意的是，程序的優化通常只是軟件設計需要達到的諸多目標之一， 優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行。片面追求程序的優化往往會影響健壯性、可移植性等重要目標。