ARM程序设计优化

　　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。

　　结语

　　综上所述，优化的过程是在透彻了解软/ 硬件结构和特性的前提下，充分利用硬件资源，不断调整程序结构使之趋于合理的过程。其目的是最大程度发挥处理器效能，最大限度利用资源，尽可能提高程序在特定硬件平台上的性能。随着ARM 处理器在通信及消费电子等行业中的应用日趋广泛，优化技术将在基于arm 处理器的程序设计过程中发挥越来越重要的作用。

　　值得注意的是，程序的优化通常只是软件设计需要达到的诸多目标之一， 优化应在不影响程序正确性、健壮性、可移植性及可维护性的前提下进行。片面追求程序的优化往往会影响健壮性、可移植性等重要目标。