優(yōu)化TC3xx系統(tǒng)運行效率的策略

目錄

1.Tricore尋址模式

2.lsl鏈接文件Section分析

3.限定符對于代碼的影響

4.小結(jié)

1.Tricore尋址模式

今天聊個好玩的事情。 之前ARM培訓(xùn)的時候，他們對于函數(shù)形參的先后順序、數(shù)據(jù)類型、對齊方式等等做了介紹，詳細分析了上述操作不同寫法對于CPU的通用寄存器使用效率上的影響，這給我留下了一點印象，但不多。 而最近我在用ADS驗英飛凌LMU、DSPR、PSRP等等訪問效率時，發(fā)現(xiàn)了這樣一行代碼：

#pragma section farbss lmubss

#pragma ,section，咱們都非常熟悉了，這個farbss是什么意思呢？以前做BSW還真沒多大關(guān)注這個。 查看Tasking的手冊，得到了一些答案，如下：

可以看到，上述farbss這類屬于lsl里的section類型，而對于其memory 限定符則為__far，它表示遠程數(shù)據(jù)；再看其他的限定符，分別出現(xiàn)了__a0，__a1等等，很明顯講的是Tricore內(nèi)核的尋址模式，那么順著這個思路來捋捋線索，為代碼能力和系統(tǒng)優(yōu)化打基礎(chǔ)。 Tricore 1.6.2的編程模型長這樣：

總共32個通用寄存器，其中16個作為數(shù)據(jù)寄存器D[0]-D[15]，16個作為地址寄存器A[0]-A[15]，特別的，A[0]、A[1]、A[8]、A[9]還可以作為系統(tǒng)Global寄存器進行使用，我們再回過頭來看看Tasking文件里給的memory限定符，似乎有某種聯(lián)系，因此接下來我們了解Tricore的尋址模式。 Tricore是32位機，很明顯可以訪問4GBytes（2^32）的memory空間，這4GB空間分成了16個Segment[0H-FH]，用地址高四位來索引，每個Segment為256MBytes，其用法如下：

所謂尋址模式，就是LoadStore這類指令訪問數(shù)據(jù)元素的機制，這些數(shù)據(jù)元素長度可以為8163264bits。Tricore提供了7種尋址模式，如下圖：

絕對尋址：主要用于I/O 外設(shè)寄存器和全局?jǐn)?shù)據(jù)的訪問，值得一提的是，這種方式只能訪問每個segment的前16K，原因如下：

利用高四位定位segment，利用低14位定位目標(biāo)，而2^14剛好為16KB，這與Tasking memory限定符__near關(guān)聯(lián)。 基地址+偏移：主要用于局部變量、靜態(tài)數(shù)據(jù)等訪問，根據(jù)偏移的不同尋址方式可以分為short offset尋址(10 bits)和long offset尋址(16bits)。long offset尋址剛好就對應(yīng)__a0a1a8a9訪問。 故對于尋址方式與限定符關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：

那這個__far到底指的是什么呢？根據(jù)手冊描述，指的是能夠訪問所有memory區(qū)域的數(shù)據(jù)，難不成這些個限定符還會對匯編代碼有所影響嗎？這些限定符與鏈接文件有沒有關(guān)聯(lián)呢？

2.lsl鏈接文件Section分析

在ADS給的lsl模板中，可以看到關(guān)于上述限定符以及對應(yīng)section type的描述，例如:

/*Near Abbsolute Addressable Data Sections*/
section_layout abs18
{
group
    {
    }
}


/*Relative A0/A1/A8/A9 Addressable Sections*/
section_layout linear
{
group
    {
    }
}

其中，abs18表示18bit絕對尋址空間，linear表示線性地址空間，如下圖所示：

.bss：未初始化數(shù)據(jù)

.bss_a0a1a8a9：未初始化數(shù)據(jù)，用寄存器A0A1A8A9尋址

.data：已初始化數(shù)據(jù)

.data_a0a1a8a9：已初始化的數(shù)據(jù)，用寄存器A0A1A8A9尋址

.sbss：未初始化的數(shù)據(jù)，a0尋址

.sdata：已初始化的數(shù)據(jù)，a0尋址

.zbss：未初始化數(shù)據(jù)，abs18尋址

.zdata：已初始化數(shù)據(jù)，abs18尋址

我們在Cpu0_main.c里定義兩個變量，不添加任何限定符，如下：

編譯生成出來的map，可以看到這兩個變量是放在.bss中： ?對應(yīng)lsl定義的Far Data Section:

如果加上限定符__near，如下：

uint32 __near example_x ;
uint32 __near example_y;

編譯出來發(fā)現(xiàn)已經(jīng)放到了zbss段

如果加上限定符__a0，我們會發(fā)現(xiàn)這時候編譯出了問題，如下：

ltc E121: relocation error in "task1": relocation value 0x50000000, type R_TRICORE_16SM, offset 0x34, section ".text.Cpu0_Main.core0_main" at address 0x800023bc is not within a 16-bit signed range from the value of A0 as defined by the symbol _SMALL_DATA_

這就意味著，如果要使用寄存器+偏移尋址的方式，那么就必須是A0A1...寄存器中內(nèi)容上下偏移±32KB，例如，當(dāng)A0寄存器里內(nèi)容為0xD0018000時，那么通過A0寄存器尋址的所有變量就應(yīng)該在0xD0010000 - 0xD001FFFF。這個場景后面構(gòu)建了我們再討論，但至少我們確定了利用寄存器+偏移的方式多用于局部變量訪問。

3.限定符對于代碼的影響

第二節(jié)我們發(fā)現(xiàn)了利用不同限定符將變量發(fā)到不同的section里，但是變量的地址始終沒有變化，那這到底有什么用呢？ 編譯出來的C代碼最終會以匯編形式展示給機器，因此我們來看看不同限定符下對于代碼的影響。 1）添加__near限定符，編譯得到的結(jié)構(gòu)，代碼如下：

uint32 __near example_x ;
uint32 __near example_y;
void main(void)
{
example_x = 3;
example_y=example_x+2;
}

得到匯編代碼如下

解釋如下：

將立即數(shù)3賦給寄存器D15

D15的值直接賦給變量(x)

立即數(shù)3賦給寄存器D15

D15和2相加

將D15的值直接賦給變量(y)

統(tǒng)計攏共5條指令完成x=3，y=x+2這個操作； 2）添加__far限定符，得到如下

uint32 __far example_x ;
uint32 __far example_y;
void main(void)
{
example_x = 3;
example_y=example_x+2;
}

匯編代碼如下：

解釋如下：

x的賦值：

將0x7000給到地址寄存器A15高16bit，低位補0，這時候A15 = 0x70000000

加載有效地址到A15，因為x地址為0x70000004，故A15 = 0x70000004

將數(shù)據(jù)3移至D15；

將D15賦給A15指向的地址

y的賦值

將0x7000給到地址寄存器A15高16bit，低位補0，這時候A15 = 0x70000000

加載有效地址到A15，因為y地址為0x70000008，故A15 = 0x70000008

將數(shù)據(jù)3移至D15，并加2；

將D15賦給A15指向的地址

總計9條指令，咋一看僅僅節(jié)省了4條指令，但從統(tǒng)計角度來看，效率提升了44.44%，F(xiàn)lash消耗更少了。 同樣兩行C代碼，僅僅因為尋址方式的不同，匯編指令差異如此之大 ，從而影響系統(tǒng)運行效率。

4.小結(jié)

現(xiàn)在MCU的性能越來越強大，導(dǎo)致我在使用上越來越隨意，對于這種特別底層的知識非常匱乏，直到遇到了系統(tǒng)優(yōu)化問題，才會去從這些角度來考慮?？偨Y(jié)下來，在系統(tǒng)性能優(yōu)化時要注意：

構(gòu)建memory限定符使用場景以優(yōu)化代碼執(zhí)行效率；

多使用靠近CPU的memory，例如ARM TCM、Tricore DSPR、PSPR；

DCache數(shù)據(jù)一致性問題

通過調(diào)試匯編代碼，也更進一步了解了Tricore內(nèi)核的運行原理；接下來，思考如何將這些理論引入到工程代碼中。