如何提升RT1050的代碼運(yùn)行速度，使其發(fā)揮最大性能

本文以RT1050為例，講解如何提升RT1050的代碼運(yùn)行速度，使其發(fā)揮最大性能，并列出在提升性能過程中可能會(huì)遇到的問題以及解決辦法。

1.是誰影響了代碼運(yùn)行速度？

在一般的MCU開發(fā)中，我們習(xí)慣性的將代碼直接下載到MCU的內(nèi)部Flash中，并直接在內(nèi)部Flash中運(yùn)行，在I-CODE、D-CODE總線以及自帶的Flash加速器加持下，這么做似乎也沒什么問題。但作為一款高性能并擁有最高600M主頻的跨界MCU，RT1050并沒有內(nèi)置Flash。那么在實(shí)際開發(fā)中，就必須外置一塊 NOR Flash用于代碼的存儲(chǔ)。

如果此時(shí)我們還像之前開發(fā)一般MCU那樣，讓代碼在Flash運(yùn)行，就會(huì)受限于Flash的讀寫速度，以及MCU與Flash之間的通信速度。那感覺，就像開著V12引擎的布加迪，跑在限速40的公路上，完全發(fā)揮不出來600M主頻的性能，更別談讓代碼的運(yùn)行速度飛起來了。

2. 如何讓代碼運(yùn)行速度飛起來！

代碼必須存儲(chǔ)在Flash中實(shí)現(xiàn)掉電不丟失，而與此同時(shí)，我們又要求發(fā)揮600M主頻的最大性能，讓代碼的運(yùn)行速度飛起來，可能你還沒想好怎么做，那就跟著小編一起，由淺到深，用實(shí)際可行的方案，一步步提升代碼運(yùn)行速度，并解決在提升代碼速度時(shí)遇到的阻礙，最后讓代碼的運(yùn)行速度飛起來。

2.1運(yùn)行域和加載域的概念

既然在Flash中運(yùn)行代碼效率不高，那我們首先想到的辦法，就是不讓代碼在Flash中運(yùn)行，那就不得不提到運(yùn)行域和加載域的概念。

代碼在通過編譯器鏈接器的處理后生成了固件文件，此時(shí)有兩個(gè)相關(guān)概念需要留意，就是加載域和運(yùn)行域。

加載域的意思是代碼要下載到哪里。這里肯定要選擇下載到Flash中。運(yùn)行域的意思是代碼在哪里運(yùn)行。例如我們可以指定代碼在RAM中運(yùn)行，那么在__main中，就會(huì)將相關(guān)代碼都拷貝到RAM中，在程序運(yùn)行時(shí)，就會(huì)去RAM空間取指、譯碼、執(zhí)行。加載域和運(yùn)行域的定義可以在分散加載文件中完成。

聽起來是個(gè)不錯(cuò)的想法，但是在實(shí)施的過程中，就會(huì)遇到一個(gè)問題，我們所說的代碼，也就是固件的CODE部分，也包含了中斷復(fù)位函數(shù)。我們知道，程序在上電時(shí)，硬件會(huì)去相對(duì)地址0x00處取棧指針，而后偏移一個(gè)字，取復(fù)位中斷函數(shù)地址，并在復(fù)位中斷函數(shù)中執(zhí)行系統(tǒng)初始化函數(shù)SystemInit和__mian函數(shù)，并在__mian函數(shù)中實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行域的代碼拷貝。按照這種硬件機(jī)制，有一些代碼是要在代碼拷貝之前運(yùn)行的。

因此我們并不能將所有代碼的運(yùn)行域都拷貝到RAM中運(yùn)行。這也是為什么分散加載文件規(guī)定，加載域中的第一個(gè)運(yùn)行域，其起始地址必須和該加載域起始地址相同。

一種可行的辦法是將不能更改運(yùn)行域的代碼提出來，放在加載域的第一個(gè)運(yùn)行域，用于上電啟動(dòng)過程，然后將其他代碼段的運(yùn)行域放在RAM中，這樣一來，在上電啟動(dòng)過程完成，進(jìn)入到mian函數(shù)后，代碼都是在RAM中運(yùn)行的，其速度會(huì)有飛一樣的提升。分散加載文件中相關(guān)示例配置和注釋如圖1所示。

圖1 運(yùn)行域分配

2.2RAM空間的優(yōu)化

以為上述的配置完成之后就可以起飛了嗎？不，還差一點(diǎn)。如果再對(duì)RT1050的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)多點(diǎn)了解，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的RAM空間被分成了三個(gè)部分。包括ITCM、DTCM和OCRAM。這三個(gè)部分共享512K的RAM空間。在默認(rèn)配置下，ITCM和DTCM各占128K、OCRAM占256K。

根據(jù)RT1050的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，將代碼段放在ITCM、數(shù)據(jù)段放在DTCM中，可以帶來更高的性能和更快的代碼速度。其分散加載的示例配置如圖2所示。

圖2 DTCM空間和ITCM空間分配

講道理，經(jīng)過這樣的處理之后，我們已經(jīng)將代碼和數(shù)據(jù)的運(yùn)行域放在了整個(gè)RT1050運(yùn)行最快的位置，其600M主頻的性能也能最大力度的發(fā)揮出來。但是這樣做是不是就大功告成了呢？可能還不是，在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中，還會(huì)遇到一些其他的問題。

2.3其他的一些問題

2.3.1 代碼和數(shù)據(jù)容量的問題

如果不考慮整個(gè)工程的代碼大小，之前所做的一切都是很OK的，但是往往會(huì)遇到一種情況，就是代碼量或者數(shù)據(jù)量太大，已經(jīng)超出了范圍。

如果只是超過了RAM默認(rèn)的配置范圍，那可以將RAM的空間重新分配，以32K為單位，可以按照實(shí)際需要調(diào)整ITCM和DTCM的空間大小，不過有兩點(diǎn)需要注意，一是OCRAM至少要保留32K的空間大小、二是一定要在__main之前調(diào)整好RAM的分區(qū)，否則在__mian函數(shù)中拷貝函數(shù)拷貝代碼時(shí)就會(huì)因?yàn)榭臻g不足而產(chǎn)生硬件錯(cuò)誤。

一種可行的辦法是在復(fù)位中斷函數(shù)的起始位置通過匯編指令去調(diào)整RAM的分區(qū)，示例代碼如圖3所示。主要是修改三個(gè)寄存器中內(nèi)容，詳細(xì)信息可查閱參考手冊(cè)中相關(guān)的部分。

圖3 通過匯編指令調(diào)整RAM分區(qū)

如果代碼或者數(shù)據(jù)的容量已經(jīng)超出了RAM區(qū)域能調(diào)整的范圍，那就不能將代碼和數(shù)據(jù)的運(yùn)行域都放在RAM中了。例如使用libpng解碼庫(kù)解碼png圖片，可能需要1M以上的堆空間。在這種情況下，可以使用一塊大容量的SDRAM作為輔助，雖然代碼運(yùn)行的速度沒有在RAM中高，但是解決了RAM空間本身不是很充足的問題，且在SDRAM中運(yùn)行代碼肯定會(huì)比在Flash中運(yùn)行代碼要快上很多。

有了SDRAM的加持，就可以選擇性的將需要高速運(yùn)行的代碼或者關(guān)鍵數(shù)據(jù)放在RAM的空間。一些不需要高速運(yùn)行的代碼或者數(shù)據(jù)放在SDRAM的空間。如果需要使用的堆太大，也可以將堆的空間放在SDRAM中。

通過這種策略靈活的調(diào)整之后，在最佳性能和代碼量之間能找到一個(gè)平衡點(diǎn)，以更好的應(yīng)用于一些大型的工程，例如帶了操作系統(tǒng)、lwip協(xié)議棧、emWin等。

2.3.2 中斷響應(yīng)的問題

在前面的操作中，我們一直沒有留意中斷這個(gè)對(duì)嵌入式系統(tǒng)十分重要的部分。由前面的操作可知，我們將中斷向量表加載到了Flash中用于上電啟動(dòng)，而后就一直沒有管它，只是專注于代碼的運(yùn)行域。但是如果中斷向量表還在Flash中，那么當(dāng)產(chǎn)生中斷的時(shí)候，硬件還是會(huì)到Flash中的中斷向量表位置去查找相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)，這樣一去一回，無疑就拖慢了中斷的響應(yīng)速度，要知道，在零等待的情況下，RT1050的中斷響應(yīng)時(shí)間可是能達(dá)到20ns的。

可以將中斷向量表也拷貝到RAM中，然后重新對(duì)中斷向量表的地址進(jìn)行映射。一種可行的方式是修改啟動(dòng)文件。在啟動(dòng)文件中再命名一個(gè)中斷向量表，該中斷向量表中添加原中斷向量表中除復(fù)位中斷函數(shù)之外的其他部分，而原中斷向量表中只保留復(fù)位中斷函數(shù)和棧指針。將新做的中斷向量表的運(yùn)行域放在RAM的起始位置。這樣在程序上電的時(shí)候。__main會(huì)將該中斷向量表拷貝到RAM的起始地址，而后在main函數(shù)的開頭，對(duì)中斷向量表進(jìn)行重映射。不過需要注意的是，這種操作有一個(gè)弊端，就是需要保證在復(fù)位到執(zhí)行中斷向量表重映射期間，不能產(chǎn)生除了復(fù)位中斷之外的其他中斷，否則會(huì)造成硬件異常。

3. 代碼運(yùn)行速度已經(jīng)起飛

經(jīng)過上面的處理之后，怎么能不感受一下實(shí)際的起飛效果，可做一個(gè)LED燈翻轉(zhuǎn)的小例程用于測(cè)試，在例程中用軟件延時(shí)的方式翻轉(zhuǎn)小燈。先在Flash中運(yùn)行，讓軟件延時(shí)達(dá)到200ms左右的延時(shí)效果。能正常顯示之后，不改變代碼內(nèi)容，只是將代碼運(yùn)行域放在RAM中，再次運(yùn)行代碼，就能看到，此時(shí)小燈翻轉(zhuǎn)的頻率，已經(jīng)達(dá)到了起飛的效果。