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嵌入式開發極致性能優化案例

前言

我們之前進行了TFT刷屏測試確認了基本功能。刷屏速度是決定GUI顯示幀率最根本的一環，只有優化到極致的刷屏速度，才能有基礎實現更好效果的GUI。本篇就進行刷屏的優化，其實其思想是通用的，對于其他代碼也可以參考。

1. 減少if條件判斷

if等條件判斷會導致分支處理,一方面會增加指令,尤其是跳轉指令一般執行時間比一般指令長，另外也會影響流水線和cache。

if(Data&0x80)


  LCD_SDA_SET; //輸出數據


else LCD_SDA_CLR;

改為串行操作

#define LCD_SDA_SET_VAL(val) LCD_CTRLB- >BSRR=val;LCD_CTRLB- >BRR=val^LCD_SDA

2. 使用寄存器變量

頻繁操作的局部變量盡量使用寄存器進行緩存，避免反復從內存去加載，寄存器直接操作速度快很多。

register unsigned int data;

3. 空間換時間 8次for循環改為 直接8次操作

其實在memcpy等處理中也是類似操作,比如連續8次讀寫組合一起，再循環。以減少for判斷次數，也利于內部cache流水線處理，有一些cpu還有burst處理，這也是有利的。

inline void SPI_WriteDataF(unsigned char Data)


{


#if 0


unsigned char i=0;


for(i=8;i >0;i--)


{


if(Data&0x80)


  LCD_SDA_SET; //輸出數據


else LCD_SDA_CLR;





LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;


Data< <=1;


}


#else


//LCD_SDA_LOCK;


register unsigned int data = (Data & 0x80) < < 0;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x40) < < 1;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x20) < < 2;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x10) < < 3;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x08) < < 4;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x04) < < 5;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x02) < < 6;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;




data = (Data & 0x01) < < 7;


LCD_SDA_SET_VAL(data);


LCD_SCL_CLR;       


LCD_SCL_SET;


//LCD_SDA_UNLOCK;


#endif


}

4. 使用內聯函數減少函數跳轉時間

inline void SPI_WriteDataF(unsigned char Data)

函數跳轉需要時間，減少函數調用即可節約時間，尤其頻繁調用的函數效果明顯，但是可能增加存儲空間。

5. 減少for循環嵌套 雙重for嵌套改為一層for

For嵌套導致多重循環嵌套判斷,浪費時間，順序執行一般是優于分支處理的。

void Lcd_ClearF(unsigned int Color) //刷新全屏           
{


unsigned int i,m;


Lcd_SetRegion(0,0,X_MAX_PIXEL-1,Y_MAX_PIXEL-1);


Lcd_WriteIndex(0x2C);


for(i=0;i< X_MAX_PIXEL*Y_MAX_PIXEL;i++)


{


 LCD_CS_CLR;


 LCD_RS_SET;


 SPI_WriteDataF(Color >>8); //寫入高8位數據


 SPI_WriteDataF(Color); //寫入低8位數據


 LCD_CS_SET;


 }


}

6. 減少函數調用層級

函數調用影響流水線，并且需要額外的上下文處理時間

Lcd_ClearF中直接調用SPI_WriteDataF不再調用函數LCD_WriteData_16Bit

7. 使用匯編進行優化

這個實際看情況建議先用其他方式進行優化，因為人工編寫匯編代碼不一定比編譯器編寫的好，除非非常熟悉匯編并且有明確的優化方向。

8. 速度測試

循環刷屏使用定時器記錄執行多次刷屏的時間，代碼見附件。

9. 編譯器速度優化選項

編譯器-Ofast優化

執行時間分別是

660ms,782ms

我們優化后的代碼快15.6%

編譯器-O2優化

執行時間分別是661ms,908ms

我們優化后的代碼快快27.2%

• 從上可以看出不管用什么編譯器優化，經過上面方式人工優化后的代碼都不差不多，660和661,說明編譯器已經無法對我們優化后的代碼再進行優化
• 說明我們人工優化的代碼不使用編譯器優化也有很好的速度性能。
• 不同的編譯器優化對原來的代碼影響較大-ofast執行時間從908變為了782。
• 哪怕是采用-ofsat編譯器優化，我們人工優化的代碼依然還有比編譯器優化的代碼快15.6%,所以編譯器優化無法替代人工優化。
• 只有從設計角度去優化，避免依賴編譯器優化才是根本方案。

總結

1.優化應該從設計上去優化而不是依賴編譯器，應該先找大頭，優先設計原理，算法上去優化，最后采取進行匯編等底層的優化，后者成本大效果不明顯不具備可移植性等，前者成本小效果明顯，不依賴于編譯器。

2.建議寄存器名字和手冊對應比如gpio的io鎖定寄存器，頭文件中是LOCK 手冊里是LCKR

2.對于IO操作最好設置LOCK ODR寄存器，這樣可以指定bit直接寫值而其他位不修改，而不需要if else判斷分別配置BRR 和BSRR，可以直接操作ODR寄存器，進一步優化速度。

審核編輯：湯梓紅