ARM下高效C编程

1、对局部变量、函数参数和返回值要运用signed和unsigned int类型。这样能够防止类型转化，而且可高效地运用ARM的32位数据操作指令。

2、最高效的循环体办法是减计数到零（counts down to zero）的do-while循环。

3、打开重要的循环来削减循环的开支。

4、不要依靠编译器来优化掉重复的存储器拜访。指针别号会阻挠编译器的这种优化。

5、尽或许把函数参数的个数约束在4个以内。假如函数参数都存放在寄存器内，那么函数调用就会快得多。

6、按元素尺度从小到大摆放的办法来组织结构体，特别是在thumb形式下编译。

7、不要运用位域，能够用掩码和逻辑操作来替代。

8、防止除法，能够用倒数的乘法来替代。

9、防止鸿沟不对齐的数据。假如数据有或许鸿沟不对齐，那么就要运用char *指针类型来拜访。

10、在C编译器中运用内嵌汇编能够运用到C编译器原本不支撑的指令或优化。

一、数据类型运用上的优化

1、局部变量

一个char类型的数据比int类型的数据占用更小的寄存器空间或许更小的ARM仓库空间。这两种想象关于ARM来说，都是过错的。一切的ARM寄存器都是32位的，一切的仓库进口至少是32位的。当咱们碑文i++，要运用当i=255后，i++=0这个条件时，能够把它界说为char类型。

2、函数参数

虽然宽和窄的函数调用规矩各有其长处，但char或short类型的函数参数和返回值都会发生额定的开支，导致功能的下降，并添加了代码尺度。所以，即便是传输一个8位的数据，函数参数和返回值运用int类型也会更有用。

3、总结

1）关于存放在寄存器中的局部变量，除了8位或16位的算术模运算外，尽量不要运用char和short类型，而要运用有符号或无符号int类型。除法运算时运用无符号数碑文速度更快。

2）关于存放在主存储器中的数组和全局变量，在分量数据巨细的前提下，应尽或许运用小尺度的数据类型，这样能够节约存储空间。ARMv4体系结构能够有用地装载和存储一切宽度的数据，并能够运用递加数组指针来有用地拜访数组。关于short类型数组，要防止运用数组基地址的偏移量，我们LDRH指令不支撑偏移寻址。

3）经过读取数组或全局变量并赋给不同类型的局部变量时，或许把局部变量写入不同类型的数组或许全局变量时，要进行显式数据类型转化。这种转化使编译器能够清晰、快速地处理，把存储器中数据宽度比较窄的数据类型扩展，并赋给寄存器中较宽的类型。

4）我们隐式或许显式的数据类型转化一般会有额定的指令周期开支，所以在表达式中应尽量防止运用。Load和store指令一般不会发生额定的转化开支，我们load和store指令是主动完结数据类型转化的。

5）关于函数参数和返回值应尽量防止运用char和short类型。即便参数规模比较小，也应该运用int类型，以防止编译器做不必要的类型转化。

二、C循环结构

在ARM上，一个循环其实只需2条指令就足够了：

一条减法指令，进行循环减法计数，一起设置成果的条件标志；

一条条件分支指令。

这儿的要害是，循环的停止条件应为减计数到零，而不是计数添加到某个特定的约束值。我们减计数结构已存储在条件标志里，与零比较的指令就能够省掉了。我们不必i作为数组的下标索引，选用减计数就没有任何问题了。

总而言之，不管关于有符号的循环计数值，都应运用i！=0作为循环的完毕条件。对有符号数i，这比运用条件i>0少了一条指令。

总结：

1）运用减计数到零的循环结构，这样编译器就不需求分配一个寄存器来保存循环停止值，而且与0比较的指令也能够省掉。

2）运用无符号的循环计数值，循环持续的条件为i!=0而不是i>0，这样能够确保循环开支只要两条指令。

3）假如事前知道循环体至少会碑文一次，那么运用do-while循环要比for循环要好，这样能够使编译器省去查看循环计数值是否为零的过程。

4）打开重要的循环体可下降循环开支，但不要过度打开，假如循环的开支对整个程序来说占的份额很小，那么循环打开反而会添加代码量并下降cache的功能。

5）尽量使数组的巨细是4或8的倍数，这样能够简单的以2，4，8次等多种挑选打开循环，而不需求忧虑剩下数组元素的问题。

三、寄存器分配

高效的寄存器分配

应该尽量约束函数内部循环所用局部变量的数目，最多不超越12个，这样，编译器就能够把这些变量都分配给ARM寄存器。

四、函数调用

4寄存器规矩

带有4个或许更少参数的函数，要比多于4个参数的函数碑文功率高得多。对带有少于4个参数的函数来说，编译器能够用寄存器传递一切的参数；而关于多于4个参数的函数，函数调用者和被调用者有必要经过拜访仓库来传递一些参数。

假如函数体积很小，只用到很少的寄存器，那么还有一些其他的办法来削减函数调用的开支。能够把调用函数和被调用函数放在同一个C文件中，这样编译器就知道了被调用函数生成的代码，并以此对调用函数进行一些优化。

总结：

1）尽量约束函数的参数，不要超越4个，这样函数调用的功率会更高。也能够将几个相关的参数组织在一个结构体中，用传递结构体指针来替代多个参数。

2）把比较小的被调用函数和调用函数放在同一个源文件中，而且要先界说，后调用，编译器就能够优化函数调用或许内联较小的函数。

3）对功能影响较大的重要函数可运用要害字_inline进行内联。

五、指针别号

界说：当2个指针指向同一个地址目标时，这2个指针被称作该目标的别号（alias）。假如对其间一个指针进行写入，就会影响从另一个指针的读出。在一个函数中，编译器一般不知道哪一个指针是别号，哪一个不是；或哪一个指针有别号，哪一个没有。

防止指针别号：

1）不要依靠编译器来消除包括存储器拜访的公共子表达式，而应树立一个新的局部变量来保存这个表达式的值，这样能够确保只对这个表达式求一次值；

2）防止运用局部变量的地址，不然对这个变量的拜访功率会比较低。

六、结构体组织

在ARM上运用结构体有2个问题需求考虑：结构体地址鸿沟对齐和结构体总的巨细。

取得高效结构体的准则：

1）把一切8位巨细的元素组织在结构体的前面；

2）以此组织16位、32位和64位的元素；

3）把一切数组和比较大的元素组织在结构体最终。

4）关于一条指令，假如结构体太大而不能拜访一切的元素，那么把元素组织到一个子结构体中。编译器能够和谐独自的子结构体的指针。

小结：

结构体元素要依照元素的巨细来摆放，以最小的元素放在开端，最大的元素组织在最终；防止运用很大的结构体，能够用层次化的小结构体来替代；为了进步可移植性，人工对API的结构体添加填充位，这样，结构体的组织将不会依靠与编译器；在API的结构体中要慎重运用枚举类型。一个枚举类型的巨细是编译器相关的。

七、位域

注意事项：

1）应防止运用位域，而运用#define或许enum来界说屏蔽位；

2）运用整型逻辑运算AND、OR、“异或”操作和屏蔽对位域进行测验、取反和设置操作。这些操作编译功率高，还能够一起对多个位域进行测验、取反和设置。

八、鸿沟不对齐数据和字节摆放办法（大/小端）

鸿沟不对齐数据和字节摆放办法这2个问题，可使内存拜访和移植问题复杂化。须考虑数组指针是否鸿沟对齐，ARM装备是大端（big-endian），仍是小端（little-endian）的存储器体系。

总结：

1）尽量防止运用鸿沟不对齐的数据；

2）运用类型char *可指向恣意字节鸿沟的数据。经过读字节来拜访数据，运用逻辑操作来组合数据，这样代码就不会依靠于鸿沟是否对齐或许ARM的字节摆放办法的装备；

3）为了快速拜访鸿沟不对齐的结构体，能够依据指针鸿沟和处理器的字节排序办法写出不同的程序变体。

九、除法

ARM硬件上不支撑除法指令，当代码中呈现除法运算时，ARM编译器会调用C库函数（有符号的除法调用_rt_sdiv，无符号的调用_rt_udiv），来完成除法操作。有许多不同类型的除法程序来习惯不同的除数和被除数。

总结：

1）尽或许防止运用除法。对环形缓冲区的处理能够不必除法。

2）假如不能防止除法运算，那么尽或许考虑运用除法程序一起发生商n/d和余数n%d的优点。

3）关于重复对同一除数d的除法，预先计算好s=(2k-1)/d。可用乘以s的2k位乘法来替代除以d的k位无符号整数除法。

4）运用2的整数次幂作除数。当2的整数次幂做除数时，编译器会主动将除法运算转化成移位运算。所以在编写程序算法时，尽量运用2的整数次幂做除数。

5）求余运算。能够将一些典型的求余运算进行转化，以防止在程序中运用除法运算。如：

uint counter1(uint count)

{

return (++count`);

}

转化成：

uint counter2(uint count)

{

if (++count >=60)

count=0;

return (count);

}

十、浮点运算

大多数ARM处理器硬件上并不支撑浮点运算。这样在一个对价格灵敏的嵌入式运用体系中，可节约空间和降低功耗。除了硬件向量浮点累加器VFP和ARM7500FE上的浮点累加器FPA外，C编译器有必要在软件上供给浮点支撑。

十一、内联函数和内嵌汇编

高效地调用函数，运用内联函数能够彻底去除函数调用的开支，别的许多编译器答应在C源程序中运用内嵌汇编。运用包括汇编的内嵌函数，能够使编译器支撑一般不能有用运用的ARM指令和优化办法。

内联函数和内嵌汇编最大的优点是，能够完成一些在C言语部分中一般难以完结的操作。运用内联函数要比运用#define宏界说更好，我们后者不查看函数参数和返回值的类型。