ฉันทำการทดลองเล็กน้อยกับการใช้งานจาก RAM และหน่วยความจำแฟลชในระบบฝังตัว สำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วและการทดสอบฉันกำลังใช้ Arduino Due (SAM3X8E ARM Cortex-M3) เท่าที่ฉันเห็น Arduino runtime และ bootloader ไม่ควรสร้างความแตกต่างที่นี่
นี่คือปัญหา: ฉันมีฟังก์ชั่น ( Calc ) ซึ่งเขียนใน ARM Thumb Assembly calcคำนวณตัวเลขและส่งคืน (> 1s รันไทม์สำหรับอินพุตที่กำหนด) ตอนนี้ฉันแยกรหัสเครื่องประกอบของฟังก์ชั่นนั้นด้วยตนเองและวางเป็นไบต์ดิบลงในฟังก์ชั่นอื่น ฟังก์ชั่นทั้งสองได้รับการยืนยันว่าอยู่ในหน่วยความจำแฟลช (ที่อยู่ 0x80149 และ 0x8017D ติดกัน) สิ่งนี้ได้รับการยืนยันผ่านการถอดแยกชิ้นส่วนและการตรวจสอบรันไทม์
void setup() {
Serial.begin(115200);
timeFnc(calc);
timeFnc(calc2);
}
void timeFnc(int (*functionPtr)(void)) {
unsigned long time1 = micros();
int res = (*functionPtr)();
unsigned long time2 = micros();
Serial.print("Address: ");
Serial.print((unsigned int)functionPtr);
Serial.print(" Res: ");
Serial.print(res);
Serial.print(": ");
Serial.print(time2-time1);
Serial.println("us");
}
int calc() {
asm volatile(
"movs r1, #33 \n\t"
"push {r1,r4,r5,lr} \n\t"
"bl .in \n\t"
"pop {r1,r4,r5,lr} \n\t"
"bx lr \n\t"
".in: \n\t"
"movs r5,#1 \n\t"
"subs r1, r1, #1 \n\t"
"cmp r1, #2 \n\t"
"blo .lblb \n\t"
"movs r5,#1 \n\t"
".lbla: \n\t"
"push {r1, r5, lr} \n\t"
"bl .in \n\t"
"pop {r1, r5, lr} \n\t"
"adds r5,r0 \n\t"
"subs r1,#2 \n\t"
"cmp r1,#1 \n\t"
"bhi .lbla \n\t"
".lblb: \n\t"
"movs r0,r5 \n\t"
"bx lr \n\t"
::
); //redundant auto generated bx lr, aware of that
}
int calc2() {
asm volatile(
".word 0xB5322121 \n\t"
".word 0xF803F000 \n\t"
".word 0x4032E8BD \n\t"
".word 0x25014770 \n\t"
".word 0x29023901 \n\t"
".word 0x800BF0C0 \n\t"
".word 0xB5222501 \n\t"
".word 0xFFF7F7FF \n\t"
".word 0x4022E8BD \n\t"
".word 0x3902182D \n\t"
".word 0xF63F2901 \n\t"
".word 0x0028AFF6 \n\t"
".word 0x47704770 \n\t"
);
}
void loop() {
}
ผลลัพธ์ของโปรแกรมข้างต้นในเป้าหมาย Arduino Due คือ:
Address: 524617 Res: 3524578: 1338254us
Address: 524669 Res: 3524578: 2058819us
ดังนั้นเราจึงยืนยันผลลัพธ์ที่จะเท่ากันและที่อยู่ระหว่างรันไทม์ให้เป็นไปตามที่คาดไว้ การประมวลผลฟังก์ชั่นรหัสเครื่องที่ป้อนด้วยตนเองจะช้าลง 50%
การถอดชิ้นส่วนด้วย arm-none-eabi-objdump ยังเป็นการยืนยันที่อยู่ที่เกี่ยวข้องการมีหน่วยความจำแฟลชและความเท่าเทียมกันของรหัสเครื่อง (หมายเหตุ endianness และการจัดกลุ่มไบต์!):
00080148 <_Z4calcv>:
80148: 2121 movs r1, #33 ; 0x21
8014a: b532 push {r1, r4, r5, lr}
8014c: f000 f803 bl 80156 <.in>
80150: e8bd 4032 ldmia.w sp!, {r1, r4, r5, lr}
80154: 4770 bx lr
00080156 <.in>:
80156: 2501 movs r5, #1
80158: 3901 subs r1, #1
8015a: 2902 cmp r1, #2
8015c: f0c0 800b bcc.w 80176 <.lblb>
80160: 2501 movs r5, #1
00080162 <.lbla>:
80162: b522 push {r1, r5, lr}
80164: f7ff fff7 bl 80156 <.in>
80168: e8bd 4022 ldmia.w sp!, {r1, r5, lr}
8016c: 182d adds r5, r5, r0
8016e: 3902 subs r1, #2
80170: 2901 cmp r1, #1
80172: f63f aff6 bhi.w 80162 <.lbla>
00080176 <.lblb>:
80176: 0028 movs r0, r5
80178: 4770 bx lr
}
8017a: 4770 bx lr
0008017c <_Z5calc2v>:
8017c: b5322121 .word 0xb5322121
80180: f803f000 .word 0xf803f000
80184: 4032e8bd .word 0x4032e8bd
80188: 25014770 .word 0x25014770
8018c: 29023901 .word 0x29023901
80190: 800bf0c0 .word 0x800bf0c0
80194: b5222501 .word 0xb5222501
80198: fff7f7ff .word 0xfff7f7ff
8019c: 4022e8bd .word 0x4022e8bd
801a0: 3902182d .word 0x3902182d
801a4: f63f2901 .word 0xf63f2901
801a8: 0028aff6 .word 0x0028aff6
801ac: 47704770 .word 0x47704770
}
801b0: 4770 bx lr
...
เราสามารถยืนยันการโทรที่ใช้แบบอะนาล็อก:
00080234 <setup>:
void setup() {
80234: b508 push {r3, lr}
Serial.begin(115200);
80236: 4806 ldr r0, [pc, #24] ; (80250 <setup+0x1c>)
80238: f44f 31e1 mov.w r1, #115200 ; 0x1c200
8023c: f000 fcb4 bl 80ba8 <_ZN9UARTClass5beginEm>
timeFnc(calc);
80240: 4804 ldr r0, [pc, #16] ; (80254 <setup+0x20>)
80242: f7ff ffb7 bl 801b4 <_Z7timeFncPFivE>
}
80246: e8bd 4008 ldmia.w sp!, {r3, lr}
timeFnc(calc2);
8024a: 4803 ldr r0, [pc, #12] ; (80258 <setup+0x24>)
8024c: f7ff bfb2 b.w 801b4 <_Z7timeFncPFivE>
80250: 200705cc .word 0x200705cc
80254: 00080149 .word 0x00080149
80258: 0008017d .word 0x0008017d
ฉันสามารถแยกแยะสิ่งนี้ออกมาได้เนื่องจากการดึงเอาการเก็งกำไร (ซึ่งดูเหมือนว่า Cortex-M3 มี!) หรือการขัดจังหวะ (แก้ไข: NOPE ฉันทำไม่ได้อาจเป็น prefetch บางชนิด)การเปลี่ยนลำดับของการดำเนินการหรือเพิ่มการเรียกฟังก์ชันในระหว่างนั้นจะไม่เปลี่ยนผลลัพธ์ อะไรคือผู้ร้ายที่นี่?
แก้ไข: หลังจากเปลี่ยนการจัดตำแหน่งของฟังก์ชั่นรหัสเครื่อง (แทรก nops เป็นบทนำ) ฉันได้รับผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:
+ 16 บิตสำหรับ calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102257us
Address: 524669 Res: 3524578: 1846968us
+ 32 บิตสำหรับ calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102257us
Address: 524669 Res: 3524578: 1535424us
+ 48 บิตสำหรับ calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102155us
Address: 524669 Res: 3524578: 1413180us
+ 64 บิตสำหรับ calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102155us
Address: 524669 Res: 3524578: 1346606us
+ 80 บิตสำหรับ calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102145us
Address: 524669 Res: 3524578: 1180105us
EDIT2: เรียกใช้ Calc เท่านั้น:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102155us
เรียกใช้ calc2 เท่านั้น:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102257us
การเปลี่ยนคำสั่งซื้อ:
Address: 524669 Res: 3524578: 1554160us
Address: 524617 Res: 3524578: 1102211us
EDIT3: การเพิ่ม.p2align 4ก่อนเลเบล.inสำหรับ calc เท่านั้นดำเนินการแยกต่างหาก:
Address: 524625 Res: 3524578: 1413185us
ทั้งในมาตรฐานเดิม:
Address: 524625 Res: 3524578: 1413185us
Address: 524689 Res: 3524578: 1535424us
EDIT4: การย้อนกลับตำแหน่งในแฟลชเป็นการเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์อย่างสมบูรณ์ -> prefetch เชิงเส้น?