arm的除法运算优化策略

《arm的除法运算优化策略》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、ARM的除法运算优化策略  与传统的4/8位单片机相比，ARM的性能和处理能力是遥遥领先的。但与之相应，ARM的系统设计复杂度和难度，较之传统的设计方法也大大提升了，同时也大大拓展了针对ARM芯片特性进行优化的空间，例如针对指令流水线的优化、针对寄存器分配进行的优化等。    ARM在硬件上不支持除法指令，编译器是通过调用C库函数来实现除法运算的，有许多不同类型的除法程序来适应不同的除数和被除数。但直接利用C库函数中的标准整数除法程序，根据执行情况和输入操作数的范围，要花费20～100个周期，消耗较多的软件运行时间。在实时嵌入式应用中，对时间参数较为敏感

2、，故可以考虑如何优化避免除法消耗过多的CPU运行时间。   除法和模运算(/和％)执行起来比较慢，所以应尽量避免使用。但是，除数是常数的除法运算和用同一个除数的重复除法，执行效率会比较高。在ARM中，可以利用单条MUL指令实现乘法操作。本文将阐述如何用乘法运算代替除法运算，以及如何使除法的次数最少化。1 避免除法运算    在非嵌入式领域，因为CPU运算速度快、存储器容量大，除法操作通常都是不加考虑直接使用的。但在嵌入式领域，首先需要考虑的是这些除法操作是否是必须的。以对环形缓冲区操作为例，经常要用到除法，其实完全可以避免这些除法运算。    假定有一个

3、buffer_size大小的环形缓冲区，如图1所示，offset指定目前所在的位置。通过increment字节来增加offset的值，一般是这样写的：0ffset=(Offset+increment)％buffer_size；效率更高的写法是：offset+=increment；if(offset>=buffer_size){   offset-=buffer_size；}   第一种写法要花费50个周期，而第二种因为没有除法运算，只须花费3个周期。这里假定increment

4、算，那么就应尽量使除数和被除数是无符号的整数。有符号的除法程序执行起来更加慢，因为它们先要取得除数和被除数的绝对值，再调用无符号除法运算，最后再确定结果的符号。　2 充分利用商和余数    许多C语言库中的除法函数返回商和余数。换句话说，每一个除法运算，余数是可以无偿得到的，反之亦然。例如，要在屏幕缓冲区找到偏移量为offset的屏幕位置(x，y)，可以这样写：typeclefstruct{ int x； inty；}point；pointgetxy_v1(unsignedintoffset,unsignedintbytes_per_line){poin

5、tp；p.y=offset/lt)ytes_per_line；p.x=offset-  p.y* bytes_per_line；returnp；}    这里，似乎对p.x使用减法和乘法，少了一次除法运算；但是，实际上使用模运算或者取余操作效率更高，对getxy_v1改进如下：pointgetxy_v2(unsignedintoffset,unsignedintbytes_per_line){pointP；P.x=offset％bytes_per_1ine；P.y=offset/bytes_per_line；returnP;}   从下面编译器的输出结果

6、可以看到，只有一次除法调用。实际上，这个程序要比前面的getxy_vl少4条指令(注意，并不是对所有的编译器和C库都有这样的结果)。getxy_v2 STMFDr13!，{r4，r14}；保存r4，lr人堆栈 MOV r4，r0   ；赋值后r4保存的为点P基址 MOV r0，r2   ；r0=bytes_per_line BL   rt_udiv   ；调用无符号除法例程   (r0．；r1)=(rl/r0，rl％r0)STR   r0，[r4，#4] ；P．y=offset/bytes_per_lineSTR rl，[r4，#o] ；P．x=offs

7、et%bytes_per_lineLDMFDr13!，(r4，pc)；恢复上下文，返回　3 把除法转换为乘法    在程序中，同一个除数的除法经常会出现很多次。在前面的例子中，bytes_per_line的值在整个程序中都是固定不变的。又如3到2笛卡尔坐标变换，其中就使用了同一个除数两次：(x,Y，x)→(x/z，y/z)   这种情况下，使用cache指令中的值1/z，并使用1/z的乘法来代替除法运算，效率会更高。另外，要尽可能使用int类型的运算，避免使用浮点运算。   下面将更加偏重于从数学和理论的角度分析，把重复除法转换成乘法运算。   下面来区

8、分精确数学意义上的除法和整型除法运算：·n/d，即整数n被分成整数d份，结果趋向