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一．RISC設計思想 ARM內核采用RISC體系結構。RISC是一種設計思想，其目標是設計出一套能在高時鐘頻率下單周期執行，簡單而有效的指令集。RISC的設計重點在于由硬件執行的指令的復雜度，這是因為軟件比硬件容易提供更大的靈活性和更高的智能。因此，RISC設計對編譯器有更高的要求；相反，傳統的復雜指令集的計算機（CISC）則更側重于硬件執行指令的功能性，使CISC變得更復雜。 RISC設計思想主要由下面4個設計準則來實現： l 指令集 RISC處理器減少了指令種類，每條指令的長度都是固定的，允許流水線在當前指令譯碼階段去取其下一條指令；而CISC處理器中，指令的長度通常不固定，執行也需要多個周期。 l 流水線 在理想情況下，流水線每周期前進一步，可獲得最高的吞吐率；而CISC指令的執行需要調用微代碼的一個微程序。 l 寄存器 RISC處理器擁有更多的通用寄存器，每個寄存器都可存放數據或地址。寄存器可為所有的數據操作提供快速的局部存儲訪問；而CISC處理器都是用于特定目的的專用 處理器。 l load-store結構 處理器只能處理寄存器中的數據。獨立的load和store指令用來完成數據在寄存器和外部存儲器之間的傳送。因為訪問存儲器很耗時，所以把存儲器訪問和數據處理分開。這樣有一個好處，那就是可反復地使用保存在寄存器中的數據，而避免多次訪問存儲器。相反，在CISC結構中，處理器能夠直接處理存儲器中的數據。 二．ARM設計思想 為降低功耗，ARM處理器已被特殊設計成較小的核，較高的代碼密度。ARM內核不是一個純粹的RISC體系結構，這是為了使它能夠更好的適應其主要應用領域-嵌入式系統。在某種意義上，甚至可以認為ARM內核的成功，正是因為它沒有在RISC概念上沉入太深。現在系統的關鍵并不在于單純的處理器速度，而在于有效的系統性能和功耗。 面向嵌入式系統的指令集 l 一些特定指令的周期數可變 例如：多寄存器裝載/存儲的load/store指令的執行周期就是不確定的 l 內嵌桶形移位器產生了更為復雜的指令 l Thumb 16位指令集 l 條件執行 l 增強指令 三．高效的C編程 1）C數據類型的有效用法 l 對于存放在寄存器中的局部變量，除了8位或16位的算數模運算符外，盡量不要使用char和short類型。而要使用有符號或者無符號的int類型。除法運算時使用無符號數執行速度更快。 l 對于存放在主存儲器中的數組和全局變量，在滿足數據大小的前提下，應盡可能使用小尺寸的數據類型，這樣做可以節省存儲空間。ARMv4體系結構可以有效的裝載和存儲所有寬度的數據，并可以使用遞增數組的指針來有效的訪問數組。對于short類型數組，要避免使用數組基地址的偏移，因為LDRH指令不支持偏移尋址。 l 由于隱式或者顯式的數據類型轉換通常會有額外的指令周期開銷，所以在表達式中應盡量避免使用。load和store指令一般不會產生額外的轉換開銷，因為load和store指令是自動完成數據類型轉換的。 l 對于函數參數和返回值應盡量避免使用char和short類型。即使參數范圍比較小，也應該使用int類型，以防止編譯器做不必要的類型轉換。 2）高效的編寫循環體 l 使用減計數到零的循環結構，這樣編譯器就不需要分配一個寄存器來保存循環中止值，而且與0比較的指令也可以省略。 l 使用無符號的循環計數值，循環繼續的條件為i!=0而不是i>0，這樣可以保證循環開銷只有兩條指令。、 l 如果事先知道循環體至少會執行一次，那么使用do-while循環要比for循環好，這樣可以使編譯器省去檢查循環計數值是否為0的步驟。 l 展開重要的循環體可降低循環開銷，但不要過度展開，如果循壞的開銷對整個程序來說占的比例很小，那么循環展開反而會增加代碼量并降低cache性能。 l 盡量使數組的大小是4或8的倍數，這樣就可以容易地以2，4，8次等多種選擇展開循環，而不需要擔心剩余數組元素的問題。 3）高效的寄存器分配 l 應該盡量限制函數內部循環所用局部變量的數目，最多不超過12個，這樣，編譯器就可以把這些變量都分配給ARM寄存器。 l 可以引導編譯器，通過查看是否屬于最內層循環變量來確定某個變量的重要性 4）高效的調用函數 l 盡量限制函數參數不要超過4個，這樣函數調用的效率會更高。也可以將幾個相關的參數組織在一個結構體中，用傳遞結構體指針來代替多個參數。 l 把比較小的被調用函數和調用函數放在同一個原文件中，并且要先定義，后調用，編譯器就可以優化函數調用或者內聯較小的函數。 l 對性能影響較大的重要函數可使用關鍵字_inline進行內聯。 5）避免指針別名 l 不要依賴編譯器來消除包含存儲訪問的公共子表達式，而應建立一個新的局部變量來保存這個表達式的值，這樣可以保證只對這個表達式求職一次。 l 避免使用局部變量的地址，否則對這個變量的訪問效率會比較低。 6）高效的結構體安排 l 結構體元素要按照元素的大小來排列，以最小的元素放在開始，最大的元素安排在最后。 l 避免使用很大的結構體，可以使用層次化的小結構體來代替。 l 為了提高可移植性，人工對API的結構體添加填充位，這樣，結構體的安排將不會依賴于編譯器。 |
