基于ARM的嵌入式系統(tǒng)程序開發(fā)要點(diǎn)
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結(jié)合ARM架構(gòu)本身的一些特點(diǎn)，在這里討論幾個(gè)常見的要點(diǎn)。
1．ARM 還是 Thumb？
在討論 ARM 還是 Thumb 之前，先說明 ARM 內(nèi)核型號(hào)和 ARM 結(jié)構(gòu)體系之間的區(qū)別和聯(lián)系。
如圖-1所示，ARM 的結(jié)構(gòu)體系主要從版本 4 開始，發(fā)展到了現(xiàn)在的版本 6，結(jié)構(gòu)體系的變化，對(duì)程序員而言最直接的影響就是指令集的變化。結(jié)構(gòu)體系的演變意味著指令集的不斷擴(kuò)展，值得慶幸的是 ARM 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展一直保持了向上兼容，不會(huì)造成老版本程序在新結(jié)構(gòu)體系上的不兼容。
圖-1 ARM 結(jié)構(gòu)體系和處理器家族的演變發(fā)展
在圖中的橫坐標(biāo)上，顯示了每一個(gè)體系結(jié)構(gòu)上都含有眾多的處理器型號(hào)，這是在同一體系結(jié)構(gòu)下根據(jù)硬件配置和存儲(chǔ)器系統(tǒng)的不同而作的進(jìn)一步細(xì)分。 需要注意的是通常我們用來區(qū)分 ARM 處理器家族的 ARM7、ARM9 或 ARM10，可能跨越不同的體系結(jié)構(gòu)。
在ARM的體系結(jié)構(gòu)版本4與5中， 還可以再細(xì)分出幾個(gè)小的擴(kuò)展版本： V4T、V5TE和V5TEJ，其區(qū)別如圖-2中所示，這些后綴名也反映在各自擁有的處理器型號(hào)上面，可以進(jìn)行直觀的分辨。V6 結(jié)構(gòu)體系因?yàn)榘艘郧鞍姹镜乃刑匦?，所以不需要再進(jìn)行分類。
圖-2 結(jié)構(gòu)體系特征
上面介紹了整個(gè) ARM 處理器家族的分布，主要是說明在一個(gè)特定的平臺(tái)上編寫程序的時(shí)候，一定要先弄清楚目標(biāo)的特性和一些細(xì)微的差別，特別是需要具體優(yōu)化特征的時(shí)候。
從 ARM 體系結(jié)構(gòu) V4T 以后，最大的變化是增加了一套 16 位的指令集——Thumb。到底在一個(gè)具體應(yīng)用中要否采用 Thumb呢？首先我們來分析一下 ARM和 Thumb 各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。先看下面一張性能分析圖：
圖-3 ARM 和 Thumb指令集的比較
圖中的縱坐標(biāo)是測(cè)試向量 Dhrystone 在 20MHz 頻率下運(yùn)行 1 秒鐘的結(jié)果， 其值越大表明性能越好；橫坐標(biāo)是系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線寬度。結(jié)果表明：
(a) 當(dāng)系統(tǒng)具有32 位的數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，ARM 比 Thumb有更好的性能表現(xiàn)。
(b) 當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線寬度小于32 位時(shí)，Thumb比 ARM 的性能更好。
由此可見， 并不是32位的ARM指令集性能一定強(qiáng)于16位的Thumb指令集，要具體情況具體分析?？疾靷€(gè)中的原因，其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)在一個(gè) 16 位存儲(chǔ)器系統(tǒng)里面取1 條 32位指令的時(shí)候，需要耗費(fèi)2 個(gè)存儲(chǔ)器訪問周期；比之 32位的系統(tǒng)，其速度正好大概下降一半左右。而 16 位指令在 32 位存儲(chǔ)器系統(tǒng)或16 位存儲(chǔ)器系統(tǒng)里的表現(xiàn)基本相同。正是存儲(chǔ)器造成的系統(tǒng)瓶頸導(dǎo)致了這個(gè)有趣的差別。
除了在窄帶寬系統(tǒng)里面的性能優(yōu)勢(shì)外， Thumb 指令的另外一個(gè)好處是代碼尺寸。同樣一段 C 代碼，用 Thumb 指令編譯的結(jié)果，其長度大約只占 ARM 編譯結(jié)果的 65%左右，可以明顯地節(jié)省存儲(chǔ)器空間。在大多數(shù)情況下，緊湊的代碼和窄帶寬的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，還會(huì)帶來功耗上的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)然，如果在 32 位的系統(tǒng)上面，并且對(duì)系統(tǒng)性能要求很高的情況下，ARM是一個(gè)更好的選擇。畢竟在這種情況下，只有 32 位的指令集才能完全發(fā)揮 32位處理器的優(yōu)勢(shì)來。
因此，選擇 ARM 還是 Thumb，需要從存儲(chǔ)器開銷和性能要求兩方面加以權(quán)衡考慮。
評(píng)論