DSP中C代碼程序優(yōu)化方法

1、DSP程序優(yōu)化方法(1)1、選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很重要，如果在一堆隨機(jī)存放的數(shù)中使用了大量的插入和刪除 指令，那使用鏈表要快得多。數(shù)組與指針語(yǔ)句具有十分密切的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，指針比較靈 活簡(jiǎn)潔，而數(shù)組則比較直觀，容易理解。對(duì)于大部分的編譯器，使用指針比使用數(shù)組生成的 代碼更短，執(zhí)行效率更高。在許多種情況下，可以用指針運(yùn)算代替數(shù)組索引，這樣做常常能產(chǎn)生又快又短的代碼。 與數(shù)組索引相比，指針一般能使代碼速度更快，占用空間更少。使用多維數(shù)組時(shí)差異更明顯。 下面的代碼作用是相同的，但是效率不一樣。數(shù)組索引指針運(yùn)算For(;)p=arrayA=arrayt+;for(;)a=*

2、(p+);0000000000 0 0 0 0 0指針?lè)椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是，array的地址每次裝入地址p后，在每次循環(huán)中只需對(duì)p增量操作。 在數(shù)組索引方法中，每次循環(huán)中都必須根據(jù)t值求數(shù)組下標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)算。2、使用盡量小的數(shù)據(jù)類型能夠使用字符型(char)定義的變量，就不要使用整型(int)變量來(lái)定義；能夠使用整 型變量定義的變量就不要用長(zhǎng)整型(long int)，能不使用浮點(diǎn)型(float)變量就不要使用浮 點(diǎn)型變量。當(dāng)然，在定義變量后不要超過(guò)變量的作用范圍，如果超過(guò)變量的范圍賦值，C編 譯器并不報(bào)錯(cuò)，但程序運(yùn)行結(jié)果卻錯(cuò)了，而且這樣的錯(cuò)誤很難發(fā)現(xiàn)。在ICCAVR中，可以在 Options中設(shè)定使用p

3、rintf參數(shù)，盡量 使用基本型參數(shù) (%c、d、x、X、u和%s格式說(shuō)明符)，少用長(zhǎng)整型參數(shù)(%ld、%lu、%lx 和%lX格式說(shuō)明符)，至于浮點(diǎn)型的參數(shù)(f)則盡量不要使用，其它C編譯器也一樣。 在其它條件不變的情況下，使用%f參數(shù)，會(huì)使生成的代碼的數(shù)量增加很多，執(zhí)行速度降 低。3、減少運(yùn)算的強(qiáng)度、查表(游戲程序員必修課)一個(gè)聰明的游戲大蝦，基本上不會(huì)在自己的主循環(huán)里搞什么運(yùn)算工作，絕對(duì)是先計(jì)算好了， 再到循環(huán)里查表。看下面的例子：舊代碼：long factorial(int i)if (i = 0)return 1;elsereturn i * factorial(i - 1);新代碼

4、：static long factorial_table=1 , 1 , 2 , 6 , 24 , 120 , 720/* etc */ ;long factorial(int i)return factorial_table;如果表很大，不好寫(xiě)，就寫(xiě)一個(gè)init函數(shù)，在循環(huán)外臨時(shí)生成表格。、求余運(yùn)算a=a%8;可以改為：a=a&7;說(shuō)明：位操作只需一個(gè)指令周期即可完成，而大部分的C編譯器的“ % ”運(yùn)算均是調(diào)用 子程序來(lái)完成，代碼長(zhǎng)、執(zhí)行速度慢。通常，只要求是求2n方的余數(shù)，均可使用位操作 的方法來(lái)代替。、平方運(yùn)算a=pow(a, 2.0);可以改為：a=a*a;說(shuō)明：在有內(nèi)置硬件乘法器的單

5、片機(jī)中（如51系列），乘法運(yùn)算比求平方運(yùn)算快得多， 因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)的求平方是通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在自帶硬件乘法器的AVR單片機(jī)中，如 ATMega163中，乘法運(yùn)算只需2個(gè)時(shí)鐘周期就可以完成。既使是在沒(méi)有內(nèi)置硬件乘法器的 AVR單片機(jī)中，乘法運(yùn)算的子程序比平方運(yùn)算的子程序代碼短，執(zhí)行速度快。如果是求3次方，如：a=pow（a， 3 。 0）;更改為：a=a*a*a ；則效率的改善更明顯。（4）、用移位實(shí)現(xiàn)乘除法運(yùn)算a=a*4;b=b/4;可以改為：a=a2;通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。在ICCAVR中，如果乘以2n， 都可以生成左移的代碼，而乘以其它的整數(shù)或除以任何數(shù)，

6、均調(diào)用乘除法子程序。用移位的 方法得到代碼比調(diào)用乘除法子程序生成的代碼效率高。實(shí)際上，只要是乘以或除以一個(gè)整數(shù)， 均可以用移位的方法得到結(jié)果，如：a=a*9可以改為：a=（a3）+a采用運(yùn)算量更小的表達(dá)式替換原來(lái)的表達(dá)式，下面是一個(gè)經(jīng)典例子：舊代碼：x = w % 8;y = pow(x , 2.0);z = y * 33;for (i = 0;i MAX;i+)h = 14 * i;printf(%d” , h);新代碼：x = w & 7;/*位操作比求余運(yùn)算快*/y = x * x;/*乘法比平方運(yùn)算快*/z = (y 5) + y; /*位移乘法比乘法快*/for (i = h = 0

7、; i 0)while (*q (*r = a / *q)*q = (*q + *r) 1 ；*r = a - *q * *q ；推薦的代碼：/假設(shè)q != rvoid isqrt(unsigned long a ， unsigned long* q， unsigned long* r)unsigned long qq，rr ；qq = a ；if (a 0)while (qq (rr = a / qq)qq = (qq + rr) 1 ；rr = a - qq * qq ；*q = qq ;*r = rr ；DSP程序優(yōu)化方法(2)5、循環(huán)優(yōu)化、充分分解小的循環(huán)要充分利用CPU的指令緩存，就

8、要充分分解小的循環(huán)。特別是當(dāng)循環(huán)體本身很小的 時(shí)候，分解循環(huán)可以提高性能。注意：很多編譯器并不能自動(dòng)分解循環(huán)。不好的代碼：/ 3D轉(zhuǎn)化：把矢量V和4x4矩陣M相乘for (i = 0 ； i 4 ； i +)r = 0 ；for (j = 0 ； j 4 ； j +)推薦的代碼：r0 = M00*V0 + M10*V1 + M20*V2 + M30*V3；r1 = M01*V0 + M11*V1 + M21*V2 + M31*V3；r2 = M02*V0 + M12*V1 + M22*V2 + M32*V3；r3 = M03*V0 + M13*V1 + M23*V2 + M33*v3；、提取公

9、共部分對(duì)于一些不需要循環(huán)變量參加運(yùn)算的任務(wù)可以把它們放到循環(huán)外面，這里的任務(wù)包括表達(dá) 式、函數(shù)的調(diào)用、指針運(yùn)算、數(shù)組訪問(wèn)等，應(yīng)該將沒(méi)有必要執(zhí)行多次的操作全部集合在一起， 放到一個(gè)init的初始化程序中進(jìn)行。、延時(shí)函數(shù)通常使用的延時(shí)函數(shù)均采用自加的形式：void delay (void)unsigned int i;for (i=0;i1000;i+);將其改為自減延時(shí)函數(shù)：void delay (void)unsigned int i;兩個(gè)函數(shù)的延時(shí)效果相似，但幾乎所有的C編譯對(duì)后一種函數(shù)生成的代碼均比前一種代碼 少13個(gè)字節(jié)，因?yàn)閹缀跛械腗CU均有為0轉(zhuǎn)移的指令，采用后一種方式能夠生 成這

10、類指令。在使用while循環(huán)時(shí)也一樣，使用自減指令控制循環(huán)會(huì)比使用自加指令控制 循環(huán)生成的代碼更少13個(gè)字母。但是在循環(huán)中有通過(guò)循環(huán)變量“ i ”讀寫(xiě)數(shù)組的指令時(shí)， 使用預(yù)減循環(huán)有可能使數(shù)組超界，要引起注意。(4)、while循環(huán)和 dowhile循環(huán)用while循環(huán)時(shí)有以下兩種循環(huán)形式：unsigned int i;i=0;while (i1000)i+;/用戶程序或.：unsigned int i;i=1000;doi-;/ 用戶程序在這兩種循環(huán)中，使用do while循環(huán)編譯后生成的代碼的長(zhǎng)度短于while循環(huán)。(6)、循環(huán)展開(kāi)這是經(jīng)典的速度優(yōu)化，但許多編譯程序(如gcc -funrol

11、l-loops)能自動(dòng)完成這個(gè)事，所以現(xiàn) 在你自己來(lái)優(yōu)化這個(gè)顯得效果不明顯。舊代碼：for (i = 0; i 100; i+)do_stuff(i);新代碼：for (i = 0; i 10;)do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;do_stuff(i); i+;可以看出，新代碼里比較指令由100次降低為10次，循環(huán)時(shí)間節(jié)約了 90%。不過(guò)注 意

12、：對(duì)于中間變量或結(jié)果被更改的循環(huán)，編譯程序往往拒絕展開(kāi)，(怕?lián)?zé)任唄)，這時(shí) 候就需要你自己來(lái)做展開(kāi)工作了。還有一點(diǎn)請(qǐng)注意，在有內(nèi)部指令cache的CPU上(如MMX芯片)，因?yàn)檠h(huán)展開(kāi)的 代碼很大，往往cache溢出，這時(shí)展開(kāi)的代碼會(huì)頻繁地在CPU的cache和內(nèi)存之間調(diào)來(lái) 調(diào)去，又因?yàn)閏ache速度很高，所以此時(shí)循環(huán)展開(kāi)反而會(huì)變慢。還有就是循環(huán)展開(kāi)會(huì)影響 矢量運(yùn)算優(yōu)化。(6)、循環(huán)嵌套把相關(guān)循環(huán)放到一個(gè)循環(huán)里，也會(huì)加快速度。舊代碼：for (i = 0; i MAX; i+)/* initialize 2d array to 0s */for (j = 0; j MAX; j+)aj =

13、0.0;for (i = 0; i MAX; i+)/* put 1s along the diagonal */a = 1.0;新代碼 ：for (i = 0; i MAX; i+)/* initialize 2d array to 0s */for (j = 0; j MAX; j+)aj = 0.0;a = 1.0;/* put 1s along the diagonal */(7)、Switch語(yǔ)句中根據(jù)發(fā)生頻率來(lái)進(jìn)行case排序Switch可能轉(zhuǎn)化成多種不同算法的代碼。其中最常見(jiàn)的是 跳轉(zhuǎn)表和比較鏈/樹(shù)。當(dāng) switch用比較鏈的方式轉(zhuǎn)化時(shí)，編譯器會(huì)產(chǎn)生if-else-if的嵌套代碼

14、，并按照順序進(jìn)行比較， 匹配時(shí)就跳轉(zhuǎn)到滿足條件的語(yǔ)句執(zhí)行。所以可以對(duì)case的值依照發(fā)生的可能性進(jìn)行排序， 把最有可能的放在第一位，這樣可以提高性能。此外，在case中推薦使用小的連續(xù)的整數(shù)， 因?yàn)樵谶@種情況下，所有的編譯器都可以把switch轉(zhuǎn)化成跳轉(zhuǎn)表。不好的代碼：int days_in_month， short_months， normal_months， long_months ；0 0 0 0 0 0switch (days_in_month)case 28:case 29:short_months + ；break ；case 30:normal_months + ；break ；

15、case 31:long_months +；break ；default:cout month has fewer than 28 or more than 31 days endl ；break ；推薦的代碼：int days_in_month , short_months , normal_months , long_months ；0 0 0 0 0 0switch (days_in_month)case 31:long_months + ；break ；case 30:normal_months + ；break ；case 28:case 29:short_months + ；bre

16、ak ；default:cout month has fewer than 28 or more than 31 days type)case FREQUENT_MSG1:handleFrequentMsg();break;case FREQUENT_MSG2:handleFrequentMsg2();break;。case FREQUENT_MSGn:handleFrequentMsgn();break;default:/嵌套部分用來(lái)處理不經(jīng)常發(fā)生的消息switch (pMsg-type)case INFREQUENT_MSG1:handleInfrequentMsg1();break;ca

17、se INFREQUENT_MSG2:handleInfrequentMsg2();break;case INFREQUENT_MSGm:handleInfrequentMsgm();break;如果switch中每一種情況下都有很多的工作要做，那么把整個(gè)switch語(yǔ)句用一個(gè)指向函 數(shù)指針的表來(lái)替換會(huì)更加有效，比如下面的switch語(yǔ)句，有三種情況：enum MsgTypeMsg1， Msg2， Msg3switch (ReceiveMessage()case Msg1;0 0 0 0 0 0case Msg2;00000case Msg3;00000為了提高執(zhí)行速度，用下面這段代碼來(lái)替換這

18、個(gè)上面的switch語(yǔ)句。/*準(zhǔn)備工作*/int handleMsgl(void);int handleMsg2(void);int handleMsg3(void);/*創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組*/int (*MsgFunction )()=handleMsg1 , handleMsg2 , handleMsg3;/*用下面這行更有效的代碼來(lái)替換switch語(yǔ)句*/ status=MsgFunctionReceiveMessage()();、循環(huán)轉(zhuǎn)置有些機(jī)器對(duì)JNZ(為0轉(zhuǎn)移)有特別的指令處理，速度非常快，如果你的循環(huán)對(duì)方向不敏 感，可以由大向小循環(huán)。舊代碼：for (i = 1; i = MA

19、X; i+) 0 0 0 新代碼：i = MAX+1;while (-i)000不過(guò)千萬(wàn)注意，如果指針操作使用了 i值，這種方法可能引起指針越界的嚴(yán)重錯(cuò)誤(i =MAX+1;)。當(dāng)然你可以通過(guò)對(duì)i做加減運(yùn)算來(lái)糾正，但是這樣就起不到加速的作用，除非類似于以下情況: 舊代碼：char aMAX+5;for (i = 1; i = MAX; i+)*(a+i+4)=0;新代碼：i = MAX+1;while (-i)*(a+i+4)=0;、公用代碼塊一些公用處理模塊，為了滿足各種不同的調(diào)用需要，往往在內(nèi)部采用了大量的if-then-else 結(jié)構(gòu)，這樣很不好，判斷語(yǔ)句如果太復(fù)雜，會(huì)消耗大量的時(shí)間的，

20、應(yīng)該盡量減少公用代碼塊 的使用。(任何情況下，空間優(yōu)化和時(shí)間優(yōu)化都是對(duì)立的-東樓)。當(dāng)然，如果僅僅是 一個(gè)(3=x)之類的簡(jiǎn)單判斷，適當(dāng)使用一下，也還是允許的。記住，優(yōu)化永遠(yuǎn)是追求一種 平衡，而不是走極端。提升循環(huán)的性能要提升循環(huán)的性能，減少多余的常量計(jì)算非常有用(比如，不隨循環(huán)變化的計(jì)算)。不好的代碼(在for()中包含不變的if():for(i。)if( CONSTANT0 )DoWork0( i ) ； /假設(shè)這里不改變CONSTANT。的值elseDoWork1( i ) ； /假設(shè)這里不改變CONSTANT。的值推薦的代碼：if( CONSTANT0 )for( i。)DoWork0

21、( i )；elsefor( i。 )DoWork1( i )； 如果已經(jīng)知道if()的值，這樣可以避免重復(fù)計(jì)算。雖然不好的代碼中的分支可以簡(jiǎn)單地預(yù) 測(cè)，但是由于推薦的代碼在進(jìn)入循環(huán)前分支已經(jīng)確定，就可以減少對(duì)分支預(yù)測(cè)的依賴。、選擇好的無(wú)限循環(huán)在編程中，我們常常需要用到無(wú)限循環(huán)，常用的兩種方法是while (1)和for (；)。這 兩種方法效果完全一樣，但那一種更好呢？然我們看看它們編譯后的代碼：編譯前：while (1)；編譯后：mov eax，1test eax， eaxje foo+23hjmp foo+18h編譯前：for (；)；編譯后：jmp foo+23h顯然，for (；)指

22、令少，不占用寄存器，而且沒(méi)有判斷、跳轉(zhuǎn)，比while (1)好。DSP程序優(yōu)化方法(3)6、提高CPU的并行性使用并行代碼盡可能把長(zhǎng)的有依賴的代碼鏈分解成幾個(gè)可以在流水線執(zhí)行單元中并行執(zhí)行的沒(méi)有依賴的 代碼鏈。很多高級(jí)語(yǔ)言，包括C+，并不對(duì)產(chǎn)生的浮點(diǎn)表達(dá)式重新排序，因?yàn)槟鞘且粋€(gè)相 當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程。需要注意的是，重排序的代碼和原來(lái)的代碼在代碼上一致并不等價(jià)于計(jì)算結(jié) 果一致，因?yàn)楦↑c(diǎn)操作缺乏精確度。在一些情況下，這些優(yōu)化可能導(dǎo)致意料之外的結(jié)果。幸 運(yùn)的是，在大部分情況下，最后結(jié)果可能只有最不重要的位(即最低位)是錯(cuò)誤的。不好的代碼：double a100， sum ；int i ；sum = 0.0

23、f ；for (i=0 ； i100 ； i+)sum += a ；推薦的代碼：double a100， sum1， sum2， sum3， sum4， sum ；int i；sum1 = sum2 = sum3 = sum4 = 0.0 ；for (i = 0 ； i 100 ； i += 4)sum1 += a ；sum2 += ai+1；sum3 += ai+2；sum4 += ai+3；sum = (sum4+sum3)+(sum1+sum2)；要注意的是：使用4路分解是因?yàn)檫@樣使用了 4段流水線浮點(diǎn)加法，浮點(diǎn)加法的每 一個(gè)段占用一個(gè)時(shí)鐘周期，保證了最大的資源利用率。避免沒(méi)有必要的讀寫(xiě)

24、依賴 當(dāng)數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存時(shí)存在讀寫(xiě)依賴，即數(shù)據(jù)必須在正確寫(xiě)入后才能再次讀取。雖然 AMD Athlon等CPU有加速讀寫(xiě)依賴延遲的硬件，允許在要保存的數(shù)據(jù)被寫(xiě)入內(nèi)存前讀取出來(lái)， 但是，如果避免了讀寫(xiě)依賴并把數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部寄存器中，速度會(huì)更快。在一段很長(zhǎng)的又互 相依賴的代碼鏈中，避免讀寫(xiě)依賴顯得尤其重要。如果讀寫(xiě)依賴發(fā)生在操作數(shù)組時(shí)，許多編 譯器不能自動(dòng)優(yōu)化代碼以避免讀寫(xiě)依賴。所以推薦程序員手動(dòng)去消除讀寫(xiě)依賴，舉例來(lái)說(shuō)， 引進(jìn)一個(gè)可以保存在寄存器中的臨時(shí)變量。這樣可以有很大的性能提升。下面一段代碼是一 個(gè)例子：不好的代碼：float xVECLEN， yVECLEN， zVECLEN；for (

25、unsigned int k = 1 ； k VECLEN ； k +)xk = xk-1 + yk；for (k = 1 ； k VECLEN ； k+)xk = zk * (yk - xk-1)；推薦的代碼：float xVECLEN， yVECLEN，zVECLEN；0 0 0 0 0 0float t(x0)；for ( unsigned int k = 1 ； k VECLEN ； k +)t = t + yk；xk = t ；t = x0；for （k = 1 ； k b-c4-aardvark +a-b-c4-baboon +a-b-c4-cheetah +a-b-c4-dog;

26、新代碼：struct animals * temp = a-b-c4;total =temp-aardvark +temp-baboon +temp-cheetah +temp-dog;一些老的C語(yǔ)言編譯器不做聚合優(yōu)化，而符合ANSI規(guī)范的新的編譯器可以自動(dòng)完成這 個(gè)優(yōu)化，看例子：float a， b， c， d， f， g;0 0 0a = b / c * d;f = b * g / c;這種寫(xiě)法當(dāng)然要得，但是沒(méi)有優(yōu)化float a， b ， c ， d ，f ， g;000a = b / c * d;f = b / c * g;如果這么寫(xiě)的話，一個(gè)符合ANSI規(guī)范的新的編譯器可以只計(jì)算b/

27、c 一次，然后將結(jié)果代 入第二個(gè)式子，節(jié)約了一次除法運(yùn)算。8、函數(shù)優(yōu)化(1) Inline 函數(shù)在C+中，關(guān)鍵字Inline可以被加入到任何函數(shù)的聲明中。這個(gè)關(guān)鍵字請(qǐng)求編譯器用函 數(shù)內(nèi)部的代碼替換所有對(duì)于指出的函數(shù)的調(diào)用。這樣做在兩個(gè)方面快于函數(shù)調(diào)用：第一， 省去了調(diào)用指令需要的執(zhí)行時(shí)間；第二，省去了傳遞變?cè)蛡鬟f過(guò)程需要的時(shí)間。但是使用 這種方法在優(yōu)化程序速度的同時(shí)，程序長(zhǎng)度變大了，因此需要更多的ROM o使用這種優(yōu)化在Inline函數(shù)頻繁調(diào)用并且只包含幾行代碼的時(shí)候是最有效的。（2）不定義不使用的返回值函數(shù)定義并不知道函數(shù)返回值是否被使用，假如返回值從來(lái)不會(huì)被用到，應(yīng)該使用void來(lái) 明確聲明函數(shù)不返回任何值。（3）減少函數(shù)調(diào)用參數(shù)使用全局變量比函數(shù)傳遞參數(shù)更加有效率。這樣做去除了函數(shù)調(diào)用參數(shù)入棧和函數(shù)完 成后參數(shù)出棧所需要的時(shí)間。然而決定使用全局變量會(huì)影響程序的模塊化和重入，故要慎重 使用。（4）所有函數(shù)都應(yīng)該有原型定義一般來(lái)說(shuō)，所有函數(shù)都應(yīng)該有原型定義。原型定義可以傳達(dá)給編譯器更多的可能用于優(yōu)化的 信息。（5）盡可能使用常量（const）盡可能使用常量（const）。C+標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果一個(gè)const聲明的對(duì)象的地址不被獲取， 允許編譯器不對(duì)它分配儲(chǔ)存空間。這樣可以使代碼更有效率，而且可以生成更好的代碼。（6）把本地函數(shù)聲明為靜態(tài)