ARM32架构下的程序优化技巧

一、编译优化

在ARM32架构下，编译器优化是程序优化的一大方面。ARM32架构下的编译器对于程序的优化可以分为以下几个方面：

1、基本块识别
基本块是指一段没有分支或是只有一个入口和一个出口的连续的指令序列，基本块的识别可以让编译器在优化时更加准确，例如可以让编译器更好地利用批量指令。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    mov r0, #0      @ 将0存入寄存器r0
    mov r1, #10     @ 将10存入寄存器r1
    
loop:
    subs r1, #1      @ r1减1
    cmp r1, #0       @ 比较是否等于0
    bne loop         @ 如果不等于0，继续循环
    
    bx lr            @ 返回

2、死代码删除
死代码是指在程序中永远也不会被执行到的代码，例如不会满足条件分支的代码。在编译时，将这些死代码删除可以有效减少程序的大小，提高运行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    mov r0, #1       @ 将1存入寄存器r0
    mov r1, #2       @ 将2存入寄存器r1
    
    cmp r0, r1       @ 比较r0和r1是否相等
    beq same         @ 如果相等，跳转到same
    bne diff         @ 如果不相等，跳转到diff
    
same:
    mov r2, #3       @ 将3存入寄存器r2
    bx lr            @ 返回
    
diff:                
    mov r2, #4       @ 将4存入寄存器r2
    bx lr            @ 返回

3、常量传播
常量传播是指将常量直接传递给操作数，从而省略对常量的加载指令，提高程序运行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    mov r0, #1        @ 将1存入寄存器r0
    mov r1, #2        @ 将2存入寄存器r1
    add r2, r0, r1    @ r0 + r1存入寄存器r2
    
    bx lr             @ 返回

4、寄存器分配
寄存器分配是指将需要用到的变量分配到寄存器上，减少内存访问，提高程序运行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    mov r0, #1        @ 将1存入寄存器r0
    mov r1, #2        @ 将2存入寄存器r1
    add r2, r0, r1    @ r0 + r1存入寄存器r2
    
    bx lr             @ 返回

二、算法优化

除了编译优化，算法优化也是程序优化的一大方面。在ARM32架构下，有一些算法优化可以提高程序的运行效率。

1、数组遍历
在遍历数组时，应该尽量避免跨行和跨列的遍历，因为ARM32架构下的处理器不支持同时访问多个非连续内存块。即使多个内存块在逻辑上是连续的，但是在物理上可能并不连续。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
array:
    .word 1, 2, 3, 4, 5
    
    mov r0, #0          @ 将0存入寄存器r0
    ldr r1, =array      @ 将数组头存入寄存器r1
    
loop:    
    ldr r2, [r1], #4     @ 递增4取数组元素存入寄存器r2
    add r0, r0, r2       @ 累加存入寄存器r0
    cmp r1, #array + 20  @ 比较是否越界
    blt loop             @ 如果没越界，继续循环
    
    bx lr                @ 返回

2、矩阵乘法
在ARM32架构下，矩阵乘法是非常常见的运算，但是由于矩阵乘法的复杂度较高，在运算大型矩阵时，容易出现性能瓶颈。因此，在矩阵乘法的算法上，应该尽可能地优化，以提高程序的运行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
matrix1:
    .word 1, 2       @ 矩阵1
    .word 3, 4
    
matrix2:
    .word 5, 6       @ 矩阵2
    .word 7, 8
    
result:
    .word 0, 0       @ 结果矩阵
    .word 0, 0
    
    mov r0, #0         @ 将0存入寄存器r0
    mov r1, #0         @ 将0存入寄存器r1
    
loop1:
    cmp r0, #2          @ 比较是否越界
    bge end              @ 如果越界，跳转到end
    
    mov r1, #0          @ 将0存入寄存器r1
    mov r2, #0          @ 将0存入寄存器r2
    
loop2:    
    cmp r1, #2          @ 比较是否越界
    bge next             @ 如果越界，跳转到next
    
    mov r3, r1 , lsl #2   @ r1*4存入寄存器r3
    ldr r4, =matrix1      @ 将矩阵1的地址存入寄存器r4
    add r4, r4, r3        @ 加上偏移地址得到元素的地址
    ldr r3, [r4]          @ 取矩阵1的元素存入寄存器r3
    
    mov r5, r0 , lsl #2   @ r0*4存入寄存器r5
    ldr r4, =matrix2      @ 将矩阵2的地址存入寄存器r4
    ldr r4, [r4, r1, lsl #2]      @ 取矩阵2的元素存入寄存器r4
    mul r4, r4, r3        @ 计算乘积存入寄存器r4
    
    ldr r3, =result       @ 将结果矩阵的地址存入寄存器r3
    add r3, r3, r5        @ 加上偏移地址得到元素的地址
    ldr r5, [r3]          @ 取结果矩阵的元素存入寄存器r5
    add r5, r5, r4        @ 累加得到最终结果
    str r5, [r3]          @ 存回结果矩阵
    
    add r1, r1, #1        @ r1自增1
    b loop2               @ 继续循环
    
next:
    add r0, r0, #1        @ r0自增1
    b loop1               @ 继续循环
    
end:
    bx lr                 @ 返回

三、内存优化

在ARM32架构下，内存访问是程序性能的瓶颈之一。因此，优化内存访问是提高程序运行效率的一大方面。

1、对齐内存访问
ARM32架构支持对齐内存访问，即内存地址和数据宽度同时对齐。如果内存访问不对齐，将会对程序的性能产生较大的影响。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
array:
    .word 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
    
    ldr r0, =array          @ 将数组头存入寄存器r0
    ldr r1, [r0, #4]        @ 递增4后取数组元素存入寄存器r1，未对齐
    ldr r2, [r0, #8]        @ 递增8后取数组元素存入寄存器r2，对齐
    
    bx lr                   @ 返回

2、缓存访问
ARM32架构的处理器带有多级缓存，能够大大提升内存访问效率。在程序中，应该尽量利用缓存，尽可能地减少内存访问次数。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    .align 2
array:
    .word 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
    
    ldr r0, =array          @ 将数组头存入寄存器r0
    ldr r1, [r0]            @ 取数组元素存入寄存器r1
    ldr r2, [r0, #4]        @ 递增4后取数组元素存入寄存器r2
    ldr r3, [r0, #8]        @ 递增8后取数组元素存入寄存器r3
    
    bx lr                   @ 返回

3、内存复制
在ARM32架构下，内存复制也是一项重要的操作。尽管有许多现成的内存复制函数可以直接调用，但是在一些对性能要求较高的场景中，可以自己手写内存复制函数，以提高程序的运行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
copy:
    .thumb_func
    push {r4, r5, lr}     @ 保存寄存器
    mov r4, r0             @ 第1个实参的值存入寄存器r4
    mov r5, r1             @ 第2个实参的值存入寄存器r5
    mov r0, #0             @ 将0存入寄存器r0
    
loop:
    ldrb r1, [r4], #1       @ 递增1读取r4指向的字节，并存到r1中
    strb r1, [r5], #1       @ 递增1将r1中的字节存到r2指向的地址中
    subs r0, r0, #1         @ 将r0减1，判断是否复制完毕
    bne loop                @ 继续循环
    
    pop {r4, r5, pc}        @ 恢复寄存器并返回