引言
ARM處理器以其高性能、低功耗、低成本等優(yōu)勢被廣泛應用于各種成功的32位嵌入式系統(tǒng)中。提高執(zhí)行速度和減小代碼尺寸是嵌入式軟件設計的關鍵需求。盡管大多數(shù)的ARM編譯器和調試器都帶有性能優(yōu)化工具，但是為了保證其正確性，編譯器必須是穩(wěn)妥和安全的，而且它還受到處理器自身結構的限制。因此，編程人員必須在理解編譯器工作特點的基礎上來實現(xiàn)代碼優(yōu)化。代碼的優(yōu)化方法較多，本文針對函數(shù)優(yōu)化方法進行闡述。
1 函數(shù)局部變量的數(shù)據(jù)類型
局部變量包括函數(shù)內局部變量、函數(shù)參數(shù)、函數(shù)返回值。由于ARM數(shù)據(jù)操作都是32位，即使數(shù)據(jù)本身只需要8位或16位，對于這三類局部變量也應盡可能使用32位的數(shù)據(jù)類型int或lONg，以提高代碼執(zhí)行效率。下面以簡單求和函數(shù)為例進行分析。
函數(shù)add1計算包含10個字的數(shù)組array的累加和，add2與add1功能相同，只是將函數(shù)add1的參數(shù)array類型改為16位的short，函數(shù)內局部變量i類型改為8位的char，sum改為16位的short。add1、add2的C源代碼如下：
int add1(int *array){
unsigned int i;
int sum=0;
for(i=0;i<10;i++)
sum=sum+array[i];
return sum;
}
short add2(short *array){
char i;
short sum=0;
for(i=0;i<10;i++)
sum= sum+array[i];
return sum;
}
add1經(jīng)編譯產(chǎn)生的匯編代碼：
add1
mov r2,r0
mov r0,#0
mov r1,#0
add1_loop
ldr r3,[r2,r1,lsl #2]
add r1,r1,#1
cmp r1,#0x0a
add r0,r3,r0
bcc add1_loop
mov pc,r14
add2經(jīng)編譯產(chǎn)生的匯編代碼：
add2
mov r2,r0
mov r0,#0
mov r1,#0
add2_loop
add r3,[r2,r1,lsl #1];增加語句①
ldrh r3,[r3,#0]
add r1,r1,#1
and r1,r1,0xff;增加語句②
cmp r1,#0x0a
add r0,r3,r0
bcc add2_loop
mov r0,r0,lsl #16;增加語句③
mov r0,r0,asr #16;增加語句④
mov pc,r14
比較add1和add2兩個函數(shù)的匯編代碼，可以發(fā)現(xiàn)add2_loop循環(huán)比add1_loop循環(huán)增加了4條語句。
語句①：函數(shù)add2中變量sum為16位short類型，ARM指令中l(wèi)drh指令不支持移位地址偏移，因此增加add指令計算數(shù)組下標地址。
語句②：由于函數(shù)add2中循環(huán)變量i為8位的char類型，而ARM處理器的寄存器為32位，此語句用于處理循環(huán)變量累加過程中引起的溢出問題。即：當i累加到255時，再加1應該為0,而不是256。
語句③、④：函數(shù)add2中返回結果sum為short類型，在返回前需將32位寄存器的前16位用符號位填充，即轉換為16位short類型。
2 函數(shù)局部變量的個數(shù)
為了加快程序的執(zhí)行速度，函數(shù)編譯時應盡可能將局部變量都分配在寄存器中。*部變量多于可用的寄存器時，編譯器會將多余的變量壓入堆棧(即存入存儲器中)，因此必須控制局部變量的個數(shù)。
ARM處理器采用RISC結構，帶有豐富的內部寄存器。在編譯器使用apcs開關選項，即支持ATPCS(ARMThumb Procedure Call STandard)標準時，理論上有14個寄存器(R0～R12，R14)可以用來存放局部變量。但是實際上有些寄存器有自身特殊的用途，例如R9在與讀寫位置無關（RWPI）的編譯情況下作為靜態(tài)基址寄存器使用，R12作為子程序內部調用的臨時過渡寄存器使用。ATPCS規(guī)則中的寄存器名稱及說明如表1所列。
表1 ATPCS規(guī)則中寄存器說明
因此，應盡量限制局部變量的數(shù)目：①對于函數(shù)的參數(shù)個數(shù)應控制在4個以內，只有R0～R3可用來保存參數(shù)，當參數(shù)多于4個時將被壓入堆棧。如果由于實際應用的需要，參數(shù)多于4個，也可以采用結構體來組織參數(shù)，傳遞結構體指針來實現(xiàn)。②函數(shù)內部局部變量的個數(shù)應控制在12個以內（R0～R11），R12～R15都有特定用途。
3 函數(shù)內代碼的編寫
3.1 循環(huán)代碼的編寫
循環(huán)的控制條件設為遞減到零的形式，可以減少指令條數(shù)。以求10個數(shù)的累加和為例進行分析。
代碼1：
int sum=0;
for(int i=0;i<10;i++)
sum=sum+i;
代碼2：
int sum=0;
for(int i=10;i!=0;i--)
sum=sum+i;
匯編代碼1：
mov r0,#0
mov r1,#0
add1
add r1,r1,#1
cmp r1,#0x0a
add r0,r1,r0
bcc add1
匯編代碼2：
mov r0,#0
mov r1,#0x0a
add2
subs r1,r1,#1
add r0,r1,r0
bne add2
比較代碼1和代碼2，兩者的功能是相同的，但是代碼2在循環(huán)中少了1條指令。該循環(huán)的執(zhí)行次數(shù)為10次，即在執(zhí)行時共減少了10條指令。
3.2 內聯(lián)函數(shù)的使用
當函數(shù)體代碼較少（通常只有一兩條語句），且又被經(jīng)常調用時，可將它設為內聯(lián)函數(shù)（inline）。對內聯(lián)函數(shù)的調用類似于宏定義的展開，因此沒有函數(shù)調用的開銷（即參數(shù)的傳遞和函數(shù)值的返回），只是增加了被調用函數(shù)的代碼量。
例如在嵌入式系統(tǒng)中，經(jīng)常訪問的外設端口的讀寫代碼就可以設成內聯(lián)函數(shù)，以提高執(zhí)行效率。外設寄存器的讀寫函數(shù)如下：
inline unsigned short reg_read(unsigned short reg){
return (unsigned short)*(volatile unsigned short *)( reg);//外設寄存器的讀函數(shù)
}
inline void reg_write(unsigned short reg, unsigned short val){
*(volatile unsigned short *)(reg)=val;//外設寄存器的寫函數(shù)
}
這兩個函數(shù)的共同特點是：函數(shù)體的代碼很少，只有1個語句；使用的局部變量很少，只有1～2個參數(shù)。由于定義為內聯(lián)函數(shù)，程序的可讀性較好；在執(zhí)行時由于沒有調用開銷，執(zhí)行效率較高；函數(shù)體很小，在被展開時空間開銷不大。
結語
由于嵌入式系統(tǒng)對存儲空間的限制和實時性的需求，在編寫代碼時必須采用相應的方法和原則以減少代碼的空間開銷和時間開銷。代碼優(yōu)化需要花費時間，并且代碼優(yōu)化后將降低源代碼的可讀性。因此，只有對經(jīng)常被調用且對性能影響較大的函數(shù)進行優(yōu)化，才能最有效地優(yōu)化系統(tǒng)。