作為過來人，我發(fā)現(xiàn)很多程序猿新手，在編寫代碼的時候，特別喜歡定義很多獨立的全局變量，而不是把這些變量封裝到一個結(jié)構(gòu)體中，主要原因是圖方便，但是要知道，這其實是一個不好的習慣，而且會降低整體代碼的性能。

另一方面，最近有幸與大神「公眾號：裸機思維」的傻孩子交流的時候，他聊到：“其實Cortex在架構(gòu)層面就是更偏好面向?qū)ο蟮?哪怕你只是使用了結(jié)構(gòu)體)，其表現(xiàn)形式就是：「Cortex所有的尋址模式都是間接尋址」——換句話說「一定依賴一個寄存器作為基地址」。

舉例來說，同樣是訪問外設(shè)寄存器，過去在8位和16位機時代，人們喜歡給每一個寄存器都單獨綁定地址——當作全局變量來訪問，而現(xiàn)在Cortex在架構(gòu)上更鼓勵底層驅(qū)動以寄存器頁(也就是結(jié)構(gòu)體)為單位來定義寄存器，這也就是說，同一個外設(shè)的寄存器是借助擁有同一個基地址的結(jié)構(gòu)體來訪問的。”

以Cortex A9架構(gòu)為前提，下面一口君詳細給你解釋為什么使用結(jié)構(gòu)體效率會更高一些。

一、全局變量代碼反匯編

1. 源文件

「gcd.s」

.text
.global?_start
_start:
??ldr??sp,=0x70000000?????????/*get?stack?top?pointer*/
??b??main

「main.c」

/*
?*?main.c
?*
?*??Created?on:?2020-12-12
?*??????Author:?pengdan
?*/
int?xx=0;
int?yy=0;
int?zz=0;

int?main(void){
?xx=0x11;
?yy=0x22;
?zz=0x33;

?while(1);
????return?0;
}

「map.lds」

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm",?"elf32-littlearm",?"elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm",?"elf32-arm",?"elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
?.?=?0x40008000;
?.?=?ALIGN(4);
?.text??????:
?{
??gcd.o(.text)
??*(.text)
?}
?.?=?ALIGN(4);
????.rodata?:?
?{?*(.rodata)?}
????.?=?ALIGN(4);
????.data?:?
?{?*(.data)?}
????.?=?ALIGN(4);
????.bss?:
?????{?*(.bss)?}
}

「Makefile」

TARGET=gcd
TARGETC=main
all:
?arm-none-linux-gnueabi-gcc?-O1?-g?-c?-o?$(TARGETC).o??$(TARGETC).c
?arm-none-linux-gnueabi-gcc?-O1?-g?-c?-o?$(TARGET).o?$(TARGET).s
?arm-none-linux-gnueabi-gcc?-O1?-g?-S?-o?$(TARGETC).s??$(TARGETC).c
?arm-none-linux-gnueabi-ld?$(TARGETC).o?$(TARGET).o?-Tmap.lds??-o??$(TARGET).elf?
?arm-none-linux-gnueabi-objcopy?-O?binary?-S?$(TARGET).elf?$(TARGET).bin
?arm-none-linux-gnueabi-objdump?-D?$(TARGET).elf?>?$(TARGET).dis

clean:
?rm?-rf?*.o?*.elf?*.dis?*.bin

【交叉編譯工具，自行搜索安裝】

2. 反匯編結(jié)果：

由上圖可知，每存儲1個int型全局變量需要「8個字節(jié)」，

「literal pool (文字池)占用4個字節(jié)」

literal pool的本質(zhì)就是ARM匯編語言代碼節(jié)中的一塊用來存放常量數(shù)據(jù)而非可執(zhí)行代碼的內(nèi)存塊。

使用literal?pool?(文字池)的原因

當想要在一條指令中使用一個?4字節(jié)長度的常量數(shù)據(jù)(這個數(shù)據(jù)可以是內(nèi)存地址，也可以是數(shù)字常量)的時候，由于ARM指令集是定長的(ARM指令4字節(jié)或Thumb指令2字節(jié))，所以就無法把這個4字節(jié)的常量數(shù)據(jù)編碼在一條編譯后的指令中。此時，ARM編譯器(編譯C源程序)/匯編器(編譯匯編程序)?就會在代碼節(jié)中分配一塊內(nèi)存，并把這個4字節(jié)的數(shù)據(jù)常量保存于此，之后，再使用一條指令把這個4?字節(jié)的數(shù)字常量加載到寄存器中參與運算。

在C源代碼中，文字池的分配是由編譯器在編譯時自行安排的，在進行匯編程序設(shè)計時，開發(fā)者可以自己進行文字池的分配，如果開發(fā)者沒有進行文字池的安排，那么匯編器就會代勞。

「bss段占用4個字節(jié)」

每訪問1次全局變量，總共需要3條指令，訪問3次全局變量用了「12條指令」。

14.?通過當前pc值40008018偏移32個字節(jié)，找到xx變量的鏈接地址40008038，然后取出其內(nèi)容40008044存放在r3中，該值就是xx在bss段的地址15.?通過將立即數(shù)0x11即#17賦值給r216.?將r2的內(nèi)容那個寫入到r3對應(yīng)的指向的內(nèi)存，即xx標號對應(yīng)的內(nèi)存中

二、結(jié)構(gòu)體代碼反匯編

1. 修改main.c如下：

?/*
??2??*?main.c???????????????????????????????????????????????????????????
??3??*
??4??*??Created?on:?2020-12-12
??5??*??????Author:?一口Linux
??6??*/
??7?struct
??8?{
??9?????int?xx;
?10?????int?yy;
?11?????int?zz;
?12?}peng;
?13?int?main(void)
?14?{
?15?????peng.xx=0x11;
?16?????peng.yy=0x22;
?17?????peng.zz=0x33;
?18?
?19?????while(1);
?20?????return?0;
?21?}

2. 反匯編代碼如下：

由上圖可知：

結(jié)構(gòu)體變量peng位于bss段，地址是4000802c

訪問結(jié)構(gòu)體成員也需要利用pc找到結(jié)構(gòu)體變量peng對應(yīng)的文字池中地址40008028，然后間接找到結(jié)構(gòu)體變量peng地址4000802c

與定義成3個全局變量相比，優(yōu)點：

結(jié)構(gòu)體的所有成員在literal pool 中共用同一個地址；而每一個全局變量在literal pool 中都有一個地址，「節(jié)省了8個字節(jié)」。

訪問結(jié)構(gòu)體其他成員的時候，不需要再次裝載基地址，只需要2條指令即可實現(xiàn)賦值；訪問3個成員，總共需要「7條指令」，「節(jié)省了5條指令」

「彩！」

所以對于需要大量訪問結(jié)構(gòu)體成員的功能函數(shù)，所有訪問結(jié)構(gòu)體成員的操作只需要加載一次基地址即可。

使用結(jié)構(gòu)體就可以大大的節(jié)省指令周期，而節(jié)省指令周期對于提高cpu的運行效率自然不言而喻。

「所以，重要問題說3遍」

「盡量使用結(jié)構(gòu)體」「盡量使用結(jié)構(gòu)體」「盡量使用結(jié)構(gòu)體」

三、繼續(xù)優(yōu)化

那么指令還能不能更少一點呢？答案是可以的， 修改Makefile如下：

TARGET=gcd????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
TARGETC=main
all:
?????arm-none-linux-gnueabi-gcc?-Os???-lto?-g?-c?-o?$(TARGETC).o??$(TARGETC).c
?????arm-none-linux-gnueabi-gcc?-Os??-lto?-g?-c?-o?$(TARGET).o?$(TARGET).s
?????arm-none-linux-gnueabi-gcc?-Os??-lto?-g?-S?-o?$(TARGETC).s??$(TARGETC).c
?????arm-none-linux-gnueabi-ld???$(TARGETC).o????$(TARGET).o?-Tmap.lds??-o??$(TARGET).elf
?????arm-none-linux-gnueabi-objcopy?-O?binary?-S?$(TARGET).elf?$(TARGET).bin
?????arm-none-linux-gnueabi-objdump?-D?$(TARGET).elf?>?$(TARGET).dis
clean:
?????rm?-rf?*.o?*.elf?*.dis?*.bin

仍然用第二章的main.c文件

執(zhí)行結(jié)果

可以看到代碼已經(jīng)被優(yōu)化到5條。

14.?把peng的地址40008024裝載到r3中
15.?r0寫入立即數(shù)0x11
16.?r1寫入立即數(shù)0x22
17.?r0寫入立即數(shù)0x33
18.?通過stm指令將r0、r1、r2的值順序?qū)懭氲?0008024內(nèi)存中

「彩！彩！彩！彩！」

文中用到的匯編知識可以參考ARM系列文章

《從0學arm合集》

推薦閱讀

【1】嵌入式工程師到底要不要學習ARM匯編指令？必讀【2】7. 從0學ARM-匯編偽指令、lds詳解【3】IP協(xié)議入門必讀【4】【從0學ARM】你不了解的ARM處理異常之道【5】4. 從0開始學ARM-ARM匯編指令其實很簡單【6】【典藏】大佬們都在用的結(jié)構(gòu)體進階小技巧【7】[粉絲問答6]子進程進程的父進程關(guān)系【8】C和匯編如何互相調(diào)用？嵌入式工程師必須掌握

進群，請加一口君個人微信，帶你嵌入式入門進階。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的把变量赋值给寄存器_散装 vs 批发谁效率高？变量访问被ARM架构安排的明明白白...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。