系統(tǒng)第十二講優(yōu)化航空航天大學(xué)的要求功能性要求：滿足系統(tǒng)所要求的功能；時(shí)限性要求：滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求；存貯器要求：適應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)存總量要求；功耗要求：滿足系統(tǒng)能耗的要求；編程語(yǔ)言的選擇高級(jí)語(yǔ)言：C、C++、JAVA、Ada等；匯編語(yǔ)言：硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)；程序的編譯執(zhí)行過(guò)程高級(jí)編程語(yǔ)言匯編語(yǔ)言編譯器匯編器目標(biāo)代碼器可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼目標(biāo)機(jī)C編譯環(huán)境C交叉編譯環(huán)境一般都包括編譯器、匯編器和鏈接器。匯編器的任務(wù)是將符號(hào)級(jí)的匯編語(yǔ)言翻譯成稱為目標(biāo)代碼的指令位級(jí)表示；

器是用來(lái)將不同的模塊（編譯或匯編過(guò)的文件）鏈接成目標(biāo)文件；則允許將代碼和數(shù)據(jù)放置在目標(biāo)處理器的指定內(nèi)存空間匯編程序匯編完成匯編語(yǔ)言到二進(jìn)制代碼的轉(zhuǎn)換；標(biāo)記處理方法：第一次掃描代碼以決定每個(gè)標(biāo)記的地址；第二次用第一次中的標(biāo)記值匯編指令，產(chǎn)生二進(jìn)制代碼；符號(hào)表ADD

r0,r1,r2Label1 ADD

r3,r4,r5CMPr0,r3Label2 SUB

r5,r6,r7assemblycodeLabel1

0x8Label2

0x10symbol

table編譯過(guò)程高級(jí)編程語(yǔ)言語(yǔ)法分析、生成符號(hào)表和語(yǔ)義分析獨(dú)立于機(jī)器的優(yōu)化指令級(jí)優(yōu)化和代碼生成匯編代碼ARM開發(fā)環(huán)境包含的C/C++編譯器編譯=翻譯+優(yōu)化編譯結(jié)合了翻譯和優(yōu)化兩個(gè)環(huán)節(jié)翻譯是將高級(jí)語(yǔ)言翻譯為低級(jí)指令形式（或匯編語(yǔ)言形式）優(yōu)化一方面產(chǎn)生更好的指令順序，另一方面從整體上考慮程序效率編譯過(guò)程中，高級(jí)語(yǔ)言被分析折分成語(yǔ)句和表達(dá)式；編譯技術(shù)——語(yǔ)句翻譯a*b+

5*(c-d)expression*-*+DFGabc

d51

*算術(shù)表達(dá)式的代碼翻譯ADR

r4,aMOV

r1,[r4]ADR

r4,bMOV

r2,[r4]MUL

r3,r1,r2DFG2

-3

*4

+abc

d5ADR

r4,cMOV

r1,[r4]ADR

r4,dMOV

r5,[r4]SUB

r6,r4,r5MUL

r7,r6,#5ADD

r8,r7,r3code控制代碼的產(chǎn)生if

(a+b

>

0)x

=

5;elsex

=

7;a+b>0x=5x=7321控制代碼的翻譯ADR

r5,aLDR

r1,[r5]ADR

r5,bLDR

r2,bADD

r3,r1,r2BLE

label3a+b>0x=5x=7LDR

r3,#5ADR

r5,xSTR

r3,[r5]Bstmtentlabel3

LDR

r3,#7ADR

r5,xSTR

r3,[r5]stmtent

...過(guò)程過(guò)程一般指不返回值的結(jié)構(gòu)；要求代碼:調(diào)用并返回;傳遞參數(shù)和結(jié)果.參數(shù)和結(jié)果是在堆棧中傳遞的.帶有幾個(gè)參數(shù)的過(guò)程可以使用寄存器.過(guò)程堆棧proc1proc25growthproc1(int

a)

{proc2(5);}SPstack

pointerFPframe

pointeraccessed

relative

to

SP編譯技術(shù)——ARM過(guò)程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)（APCS）APCS，ARM過(guò)程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)(ARM

Procedure

Call

Standard)，提供了緊湊的編寫例程的一種機(jī)制，定義的例程可以與其他例程交織在一起。最顯著的一點(diǎn)是對(duì)這些例程來(lái)自哪里沒(méi)有明確的限制。它們可以編譯自

C、

Pascal、也可以是用匯編語(yǔ)言寫成的。APCS定義了:r0-r3

pass

parameters

into

procedure.

Extra

parametersare

put

on

stack

frame.r0

holds

return

value.r4-r7

hold

register

values.r11

is

frame

pointer,

r13

is

stack

pointer.編譯技術(shù)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編譯程序必須對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的

翻譯成對(duì)原始

器的引用，通常需要在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行地址計(jì)算；一維數(shù)組二維數(shù)組結(jié)構(gòu)體A[0]A[1]Field1Field2]A[0,0]A[0,1]A[1,0]A[1,0]編譯技術(shù)——表達(dá)式簡(jiǎn)化1、A*B+A*CA*（B+C）2、for(i=0;i<8+1;i++)

for(i=0;i<9;i++)編譯技術(shù)——死代碼清除死代碼是指

不會(huì)被執(zhí)行的代碼，在編譯是要能夠識(shí)別這些代碼，并將其從程序中清除掉。死代碼大都是一些調(diào)試信息編譯技術(shù)——循環(huán)變換循環(huán)是重要的程序結(jié)構(gòu)，經(jīng)常占用大量的CPU的計(jì)算時(shí)間，在編程時(shí)需要優(yōu)化；循環(huán)展開：循環(huán)合并：循環(huán)折疊：for(i=0;

i<N;i++)

a[i]

=

b[i]

*5;for

(j=0;

j<N;

j++)

w[j]

=

c[j]

*

d[j];e

for(i=0;

i<N;

i++)

{a[i]

=b[i]

*

5;

w[i]

=

c[i]

*

d[i];}for

(i=0;

i<4;

i++)a[i]

=

b[i]

*c[i];efor

(i=0;

i<2;

i++)

{a[i*2]

=

b[i*2]

*c[i*2];a[i*2+1]

=

b[i*2+1]

*

c[i*2+1];編譯技術(shù)——寄存器分配寄存器分配選擇寄存器變量的分配以使所需的寄存器總數(shù)最少；w

=

a

+

b;x=

c+

w;y

=

c

+

d;r0r1r2r0r3r0r3timeabcdwxy123t=1t=2t=3程序優(yōu)化Optimizing

for

execution

time.Optimizing

forenergy/power.Optimizing

for

program

size.影響程序運(yùn)行時(shí)間的主要因素源代碼：編寫高效優(yōu)化的高級(jí)語(yǔ)言源代碼可以縮短程序運(yùn)行的時(shí)間；編譯器：編譯器負(fù)責(zé)把高級(jí)語(yǔ)言代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼程序，不同的編譯器會(huì)導(dǎo)致代碼的效率的不同；硬件的體系結(jié)構(gòu)：硬件的體系結(jié)構(gòu)對(duì)程序的運(yùn)行時(shí)間有較大的影響，如CPU

寄存器的數(shù)量、高速緩存的大小和組織、系統(tǒng)的內(nèi)存大小等；操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)決定了任務(wù)調(diào)度與內(nèi)存管理等對(duì)程序執(zhí)行時(shí)間有重要影響的影響，結(jié)合硬件的體系結(jié)構(gòu)，決定了系統(tǒng)的中斷響應(yīng)時(shí)間；程序優(yōu)化的基本策略1、高級(jí)程序設(shè)計(jì)：選擇適當(dāng)?shù)乃惴ㄅc數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，避免使用可能會(huì)漸進(jìn)產(chǎn)生較差性能的算法與編碼技術(shù)；2、基本編碼原則：避免采用限制編譯器優(yōu)化的因素，從而令編譯器產(chǎn)生高效的代碼；消除連續(xù)的函數(shù)調(diào)用：如將計(jì)算移動(dòng)循環(huán)外；消除不必要的

器 ：引入臨時(shí)變量來(lái)保存中間結(jié)果，只有當(dāng)最后的值計(jì)算出來(lái)時(shí)，才將結(jié)果存放到數(shù)組或全局變量中；3。低級(jí)優(yōu)化：嘗試各種與數(shù)組代碼相對(duì)的指針形式；通過(guò)展開循環(huán)降低循環(huán)開銷；通過(guò)迭代分割的技術(shù)，找到使用流水線優(yōu)化的功能單元的方法；程序剖析（Profiling)1、程序剖析用來(lái)分析程序的各個(gè)部分需要多少CPU時(shí)間，程序剖析一邊可以在現(xiàn)實(shí)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)上運(yùn)行實(shí)際的程序，一邊進(jìn)行剖析；2、GPROF——UNIX提供的剖析程序：確定程序中每個(gè)函數(shù)花費(fèi)了多少CPU時(shí)間；計(jì)算每個(gè)函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)，以調(diào)用函數(shù)來(lái)分類；Amdahl定律Amdahl定律主要用于描述提高系統(tǒng)某一部分性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的影響；例：設(shè)一個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行某個(gè)應(yīng)用程序需要時(shí)間Told，而系統(tǒng)的某個(gè)部分運(yùn)行所需要時(shí)間的百分比為a，如果

性能提高了k倍，則這個(gè)部分原來(lái)需要時(shí)間aTold，而現(xiàn)在需要時(shí)間(aTold)/K。因此，整個(gè)程序執(zhí)行時(shí)間為:Tnew=（1-a)Told+(aTold)/k=Told[(1-a)+a/k]所以程序加速比為S=Told/Tnew=1/[(1-a)+a/k]即：如果以前占系統(tǒng)60%時(shí)間的部分性能