1TMT H E A R C H I T E C T U R E F O R T H E D I G I T A L W O R L D
ARM
编程技巧
2TM 2103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
3TM 3103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
4TM 4103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
? 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
5TM 5103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
6TM 6103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
? 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
7TM 7103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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,#0]
LDR r0,[r0,#0] ADD r1,r1,r1,LSL #1
ADD r0,r0,r1 ; interlock on ARM9 ADD r0,r0,r1
MOV pc,lr MOV pc,lr
armcc –cpu arm7tdmi armcc –cpu arm9tdmi
8TM 8103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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 gBL f
:
MOV r0,#10
MOV pc,lr
BL f
:
STR lr,[sp,#-4]!
BL g
MOV r1,r0
MOV r0,r1
LDR pc,[sp],#4
MOV r0,#10
MOV pc,lr
嵌套优化
9TM 9103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
10TM 10103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
11TM 11103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
12TM 12103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
13TM 13103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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 Pointer
Link 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
14TM 14103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
15TM 15103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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 0x08000000 // 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;
}
16TM 16103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
17TM 17103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
18TM 18103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
? 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
0x000000, ADD r0,r0,r1
0x000004, ADD r0,r0,r2
0x000008, ADD r0,r0,r3
0x00000c, MOV pc,lr
caller1
0x000014, MOV r3,#4
0x000018, MOV r2,#3
0x00001c, MOV r1,#2
0x000020, MOV r0,#1
0x000024, B func1
Parameter Passing (4 parameters)
19TM 19103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
Parameter Passing (6 parameters)
? Parameter Passing (6 parameters) func2
0x000000, STR lr,[sp,#-4]!
0x000004, ADD r0,r0,r1
0x000008, ADD r0,r0,r2
0x00000C, ADD r0,r0,r3
0x000010, LDMIB sp,{r12,r14}
0x000014, ADD r0,r0,r12
0x000018, ADD r0,r0,r14
0x00001C, LDR pc,{sp},#4
caller2
0x000020, STMFD sp!,{r2,r3,lr}
0x000024, MOV r3,#6
0x000028, MOV r2,#5
0x00002C, STMIA sp,{r2,r3}
0x000030, MOV r3,#4
0x000034, MOV r2,#3
0x000038, MOV r1,#2
0x00003C, MOV r0,#1
0x000040, BL func2
0x000044, 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”
20TM 20103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
循环终止
? 在 for(),while() do…while()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...
21TM 21103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
Loop Termination
? Count up
int fact1(int limit)
{
int i;
int fact = 1;
for (i = 1; i <= limit; i++)
{
fact = fact * i;
}
return fact;
}
? Count down
int fact2(int limit)
{
int i;
int fact = 1;
for (i = limit; i != 0; i--)
{
fact = fact * i;
}
return fact;
}
fact2
0x000000, MOVS r1,r0
0x000004, MOV r0,#1
0x000008, MOVEQ pc,lr
0x00000c, MUL r0,r1,r0
0x000010, SUBS r1,r1,#1
0x000014, BNE 0x0c
0x000018, MOV pc,lr
fact1
0x000000, MOV r2,#1
0x000004, MOV r1,#1
0x000008, CMP r0,#1
0x00000c, BLT 0x20
0x000010, MUL r2,r1,r2
0x000014, ADD r1,r1,#1
0x000018, CMP r1,r0
0x00001c, BLE 0x10
0x000020, MOV r0,r2
0x000024, MOV pc,lr This code is compiled with,-O2 -Otime”
22TM 22103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
除法操作 (1)
? ARM核不含除法硬件
? 除法通常用一个运行库函数来实现
? 运行需要很多的周期
unsigned div(unsigned a,unsigned b)
{
return (b / a);
}
div
B __rt_udiv
unsigned div2(unsigned b)
{
return (b / 2);
}
div2
MOV r0,r0,LSR #1
MOV pc,lr
? 一些除法操作在编译时作为特例来处理
? 除 2操作，被左移代替
23TM 23103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
除法操作 (2)
? 在 -O1和 -O2 (使用 -Otime),其他的常量将使用一个标准的乘法序列来完成
例如：
? 实时除法程序
? 使用 CLZ指令
? 只有 V5te体系结构才有效。
? 用下面的办法来选择
? C - #pragma import __use_realtime_division
? Assembler - IMPORT __use_realtime_division
div10
MOV r1,r0
LDR r0,=0xCCCCCCCD
UMULL r2,r1,r0,r1
MOV r0,r1,LSR #3
MOV pc,lr
unsigned div10(unsigned c)
{
return (c / 10);
}
24TM 24103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
余数 – 模算法
? 余数的操作符 ‘%’,通常使用模算法
? 如果这个值的模不是 2的 n次幂，它将花费大量的时间和代码空间
? 避免这种情况发生的办法使用 if()作状态检查
? 比如说,count的范围是 0到 59
count = (count+1) % 60;
用下面的句子代替
if (++count >= 60) count = 0;
modulo
ADD r1,r0,#1
MOV r0,#0x3c
BL __rt_udiv
MOV r0,r1
test_and_reset
ADD r0,r0,#1
CMP r0,#0x3c
MOVCS r0,#0
这个代码用,-O1 -Ospace”编译
25TM 25103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
26TM 26103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
27TM 27103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
28TM 28103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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,
29TM 29103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
int wordsize(int a) wordsize
{ 0x000000, MOV r0,r0,LSL #1
return (a*2); 0x000004, MOV pc,lr
}
short halfsize(short b) halfsize
{ 0x000008, MOV r0,r0,LSL #17
return (b*2); 0x00000c, MOV r0,r0,ASR #16
} 0x000010, MOV pc,lr
char bytesize(char c) bytesize
{ 0x000014, MOV r0,r0,LSL #25
return (c*2); 0x000018, MOV r0,r0,LSR #24
} 0x00001c, MOV pc,lr
变量大小
30TM 30103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
31TM 31103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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?
32TM 32103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
shortchar 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
33TM 33103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
34TM 34103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
inline?d
memcpy
called
memcpy
inline?d
unsafely
memcpy
called
safely
#include <string.h>
int *a = (int *)0x1000;
int *b = (int *)0x2000;
char *c = (char *)0x3001;
__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 r4,0x58
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,#0xc
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 r1,0x5c
MOV r2,#0xc
STR r0,[r1,#0]
LDR r1,[r4,#0]
BL __rt_memcpy
LDMFD r13!,{r4,pc}
35TM 35103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
36TM 36103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
aLDR 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;
}
37TM 37103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
38TM 38103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
外部全局变量
extern int a;
extern int b;
int main(void)
{
return a+b;
}
int a;
int b; main LDR r0,0x000080c0000080ac LDR r1,0x000080c4
000080b0 LDR r0,[r0,#0]
000080b4 LDR r1,[r1,#0]
000080b8 ADD r0,r0,r1
000080bc MOV pc,lr
000080c0 DCD 0x000083d4
000080c4 DCD 0x000083d8
extern struct data mystruct;
int main(void)
{
return mystruct.a+mystruct.b;
}
struct data
{
int a;
int b;
}mystruct;
main LDR r0,0x000080bc
000080ac LDR r1,[r0,#0]
000080b0 LDR r0,[r0,#4]
000080b4 ADD r0,r1,r0
000080b8 MOV pc,lr
000080bc DCD 0x000083cc
data.c code.c Assembler output
39TM 39103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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？
40TM 40103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
ARM
编程技巧
2TM 2103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
3TM 3103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
4TM 4103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
? 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
5TM 5103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
6TM 6103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
? 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
7TM 7103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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,#0]
LDR r0,[r0,#0] ADD r1,r1,r1,LSL #1
ADD r0,r0,r1 ; interlock on ARM9 ADD r0,r0,r1
MOV pc,lr MOV pc,lr
armcc –cpu arm7tdmi armcc –cpu arm9tdmi
8TM 8103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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 gBL f
:
MOV r0,#10
MOV pc,lr
BL f
:
STR lr,[sp,#-4]!
BL g
MOV r1,r0
MOV r0,r1
LDR pc,[sp],#4
MOV r0,#10
MOV pc,lr
嵌套优化
9TM 9103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
10TM 10103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
11TM 11103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
12TM 12103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
13TM 13103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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 Pointer
Link 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
14TM 14103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
15TM 15103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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 0x08000000 // 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;
}
16TM 16103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
17TM 17103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
18TM 18103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
? 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
0x000000, ADD r0,r0,r1
0x000004, ADD r0,r0,r2
0x000008, ADD r0,r0,r3
0x00000c, MOV pc,lr
caller1
0x000014, MOV r3,#4
0x000018, MOV r2,#3
0x00001c, MOV r1,#2
0x000020, MOV r0,#1
0x000024, B func1
Parameter Passing (4 parameters)
19TM 19103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
Parameter Passing (6 parameters)
? Parameter Passing (6 parameters) func2
0x000000, STR lr,[sp,#-4]!
0x000004, ADD r0,r0,r1
0x000008, ADD r0,r0,r2
0x00000C, ADD r0,r0,r3
0x000010, LDMIB sp,{r12,r14}
0x000014, ADD r0,r0,r12
0x000018, ADD r0,r0,r14
0x00001C, LDR pc,{sp},#4
caller2
0x000020, STMFD sp!,{r2,r3,lr}
0x000024, MOV r3,#6
0x000028, MOV r2,#5
0x00002C, STMIA sp,{r2,r3}
0x000030, MOV r3,#4
0x000034, MOV r2,#3
0x000038, MOV r1,#2
0x00003C, MOV r0,#1
0x000040, BL func2
0x000044, 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”
20TM 20103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
循环终止
? 在 for(),while() do…while()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...
21TM 21103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
Loop Termination
? Count up
int fact1(int limit)
{
int i;
int fact = 1;
for (i = 1; i <= limit; i++)
{
fact = fact * i;
}
return fact;
}
? Count down
int fact2(int limit)
{
int i;
int fact = 1;
for (i = limit; i != 0; i--)
{
fact = fact * i;
}
return fact;
}
fact2
0x000000, MOVS r1,r0
0x000004, MOV r0,#1
0x000008, MOVEQ pc,lr
0x00000c, MUL r0,r1,r0
0x000010, SUBS r1,r1,#1
0x000014, BNE 0x0c
0x000018, MOV pc,lr
fact1
0x000000, MOV r2,#1
0x000004, MOV r1,#1
0x000008, CMP r0,#1
0x00000c, BLT 0x20
0x000010, MUL r2,r1,r2
0x000014, ADD r1,r1,#1
0x000018, CMP r1,r0
0x00001c, BLE 0x10
0x000020, MOV r0,r2
0x000024, MOV pc,lr This code is compiled with,-O2 -Otime”
22TM 22103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
除法操作 (1)
? ARM核不含除法硬件
? 除法通常用一个运行库函数来实现
? 运行需要很多的周期
unsigned div(unsigned a,unsigned b)
{
return (b / a);
}
div
B __rt_udiv
unsigned div2(unsigned b)
{
return (b / 2);
}
div2
MOV r0,r0,LSR #1
MOV pc,lr
? 一些除法操作在编译时作为特例来处理
? 除 2操作，被左移代替
23TM 23103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
除法操作 (2)
? 在 -O1和 -O2 (使用 -Otime),其他的常量将使用一个标准的乘法序列来完成
例如：
? 实时除法程序
? 使用 CLZ指令
? 只有 V5te体系结构才有效。
? 用下面的办法来选择
? C - #pragma import __use_realtime_division
? Assembler - IMPORT __use_realtime_division
div10
MOV r1,r0
LDR r0,=0xCCCCCCCD
UMULL r2,r1,r0,r1
MOV r0,r1,LSR #3
MOV pc,lr
unsigned div10(unsigned c)
{
return (c / 10);
}
24TM 24103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
余数 – 模算法
? 余数的操作符 ‘%’,通常使用模算法
? 如果这个值的模不是 2的 n次幂，它将花费大量的时间和代码空间
? 避免这种情况发生的办法使用 if()作状态检查
? 比如说,count的范围是 0到 59
count = (count+1) % 60;
用下面的句子代替
if (++count >= 60) count = 0;
modulo
ADD r1,r0,#1
MOV r0,#0x3c
BL __rt_udiv
MOV r0,r1
test_and_reset
ADD r0,r0,#1
CMP r0,#0x3c
MOVCS r0,#0
这个代码用,-O1 -Ospace”编译
25TM 25103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
26TM 26103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
27TM 27103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
28TM 28103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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,
29TM 29103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
int wordsize(int a) wordsize
{ 0x000000, MOV r0,r0,LSL #1
return (a*2); 0x000004, MOV pc,lr
}
short halfsize(short b) halfsize
{ 0x000008, MOV r0,r0,LSL #17
return (b*2); 0x00000c, MOV r0,r0,ASR #16
} 0x000010, MOV pc,lr
char bytesize(char c) bytesize
{ 0x000014, MOV r0,r0,LSL #25
return (c*2); 0x000018, MOV r0,r0,LSR #24
} 0x00001c, MOV pc,lr
变量大小
30TM 30103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
31TM 31103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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?
32TM 32103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
shortchar 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
33TM 33103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
34TM 34103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
inline?d
memcpy
called
memcpy
inline?d
unsafely
memcpy
called
safely
#include <string.h>
int *a = (int *)0x1000;
int *b = (int *)0x2000;
char *c = (char *)0x3001;
__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 r4,0x58
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,#0xc
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 r1,0x5c
MOV r2,#0xc
STR r0,[r1,#0]
LDR r1,[r4,#0]
BL __rt_memcpy
LDMFD r13!,{r4,pc}
35TM 35103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
36TM 36103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
aLDR 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;
}
37TM 37103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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...
38TM 38103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
外部全局变量
extern int a;
extern int b;
int main(void)
{
return a+b;
}
int a;
int b; main LDR r0,0x000080c0000080ac LDR r1,0x000080c4
000080b0 LDR r0,[r0,#0]
000080b4 LDR r1,[r1,#0]
000080b8 ADD r0,r0,r1
000080bc MOV pc,lr
000080c0 DCD 0x000083d4
000080c4 DCD 0x000083d8
extern struct data mystruct;
int main(void)
{
return mystruct.a+mystruct.b;
}
struct data
{
int a;
int b;
}mystruct;
main LDR r0,0x000080bc
000080ac LDR r1,[r0,#0]
000080b0 LDR r0,[r0,#4]
000080b4 ADD r0,r1,r0
000080b8 MOV pc,lr
000080bc DCD 0x000083cc
data.c code.c Assembler output
39TM 39103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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？
40TM 40103v04 C/C++ Compiler Hints & Tips
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
