ARM32架構下的程序優化技巧

一、編譯優化

在ARM32架構下，編譯器優化是程序優化的一大方面。ARM32架構下的編譯器對於程序的優化可以分為以下幾個方面：

1、基本塊識別
基本塊是指一段沒有分支或是只有一個入口和一個出口的連續的指令序列，基本塊的識別可以讓編譯器在優化時更加準確，例如可以讓編譯器更好地利用批量指令。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    mov r0, #0      @ 將0存入寄存器r0
    mov r1, #10     @ 將10存入寄存器r1
    
loop:
    subs r1, #1      @ r1減1
    cmp r1, #0       @ 比較是否等於0
    bne loop         @ 如果不等於0，繼續循環
    
    bx lr            @ 返回

2、死代碼刪除
死代碼是指在程序中永遠也不會被執行到的代碼，例如不會滿足條件分支的代碼。在編譯時，將這些死代碼刪除可以有效減少程序的大小，提高運行效率。

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

3、常量傳播
常量傳播是指將常量直接傳遞給操作數，從而省略對常量的加載指令，提高程序運行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    mov r0, #1        @ 將1存入寄存器r0
    mov r1, #2        @ 將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
寄存器分配是指將需要用到的變量分配到寄存器上，減少內存訪問，提高程序運行效率。

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

二、算法優化

除了編譯優化，算法優化也是程序優化的一大方面。在ARM32架構下，有一些算法優化可以提高程序的運行效率。

1、數組遍歷
在遍曆數組時，應該盡量避免跨行和跨列的遍歷，因為ARM32架構下的處理器不支持同時訪問多個非連續內存塊。即使多個內存塊在邏輯上是連續的，但是在物理上可能並不連續。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
array:
    .word 1, 2, 3, 4, 5
    
    mov r0, #0          @ 將0存入寄存器r0
    ldr r1, =array      @ 將數組頭存入寄存器r1
    
loop:    
    ldr r2, [r1], #4     @ 遞增4取數組元素存入寄存器r2
    add r0, r0, r2       @ 累加存入寄存器r0
    cmp r1, #array + 20  @ 比較是否越界
    blt loop             @ 如果沒越界，繼續循環
    
    bx lr                @ 返回

2、矩陣乘法
在ARM32架構下，矩陣乘法是非常常見的運算，但是由於矩陣乘法的複雜度較高，在運算大型矩陣時，容易出現性能瓶頸。因此，在矩陣乘法的算法上，應該儘可能地優化，以提高程序的運行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
matrix1:
    .word 1, 2       @ 矩陣1
    .word 3, 4
    
matrix2:
    .word 5, 6       @ 矩陣2
    .word 7, 8
    
result:
    .word 0, 0       @ 結果矩陣
    .word 0, 0
    
    mov r0, #0         @ 將0存入寄存器r0
    mov r1, #0         @ 將0存入寄存器r1
    
loop1:
    cmp r0, #2          @ 比較是否越界
    bge end              @ 如果越界，跳轉到end
    
    mov r1, #0          @ 將0存入寄存器r1
    mov r2, #0          @ 將0存入寄存器r2
    
loop2:    
    cmp r1, #2          @ 比較是否越界
    bge next             @ 如果越界，跳轉到next
    
    mov r3, r1 , lsl #2   @ r1*4存入寄存器r3
    ldr r4, =matrix1      @ 將矩陣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]          @ 取矩陣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      @ 將矩陣2的地址存入寄存器r4
    ldr r4, [r4, r1, lsl #2]      @ 取矩陣2的元素存入寄存器r4
    mul r4, r4, r3        @ 計算乘積存入寄存器r4
    
    ldr r3, =result       @ 將結果矩陣的地址存入寄存器r3
    add r3, r3, r5        @ 加上偏移地址得到元素的地址
    ldr r5, [r3]          @ 取結果矩陣的元素存入寄存器r5
    add r5, r5, r4        @ 累加得到最終結果
    str r5, [r3]          @ 存回結果矩陣
    
    add r1, r1, #1        @ r1自增1
    b loop2               @ 繼續循環
    
next:
    add r0, r0, #1        @ r0自增1
    b loop1               @ 繼續循環
    
end:
    bx lr                 @ 返回

三、內存優化

在ARM32架構下，內存訪問是程序性能的瓶頸之一。因此，優化內存訪問是提高程序運行效率的一大方面。

1、對齊內存訪問
ARM32架構支持對齊內存訪問，即內存地址和數據寬度同時對齊。如果內存訪問不對齊，將會對程序的性能產生較大的影響。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
array:
    .word 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
    
    ldr r0, =array          @ 將數組頭存入寄存器r0
    ldr r1, [r0, #4]        @ 遞增4後取數組元素存入寄存器r1，未對齊
    ldr r2, [r0, #8]        @ 遞增8後取數組元素存入寄存器r2，對齊
    
    bx lr                   @ 返回

2、緩存訪問
ARM32架構的處理器帶有多級緩存，能夠大大提升內存訪問效率。在程序中，應該盡量利用緩存，儘可能地減少內存訪問次數。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
    .align 2
array:
    .word 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
    
    ldr r0, =array          @ 將數組頭存入寄存器r0
    ldr r1, [r0]            @ 取數組元素存入寄存器r1
    ldr r2, [r0, #4]        @ 遞增4後取數組元素存入寄存器r2
    ldr r3, [r0, #8]        @ 遞增8後取數組元素存入寄存器r3
    
    bx lr                   @ 返回

3、內存複製
在ARM32架構下，內存複製也是一項重要的操作。儘管有許多現成的內存複製函數可以直接調用，但是在一些對性能要求較高的場景中，可以自己手寫內存複製函數，以提高程序的運行效率。

    .syntax unified
    .arch armv7-a
    .thumb
    
copy:
    .thumb_func
    push {r4, r5, lr}     @ 保存寄存器
    mov r4, r0             @ 第1個實參的值存入寄存器r4
    mov r5, r1             @ 第2個實參的值存入寄存器r5
    mov r0, #0             @ 將0存入寄存器r0
    
loop:
    ldrb r1, [r4], #1       @ 遞增1讀取r4指向的字節，並存到r1中
    strb r1, [r5], #1       @ 遞增1將r1中的字節存到r2指向的地址中
    subs r0, r0, #1         @ 將r0減1，判斷是否複製完畢
    bne loop                @ 繼續循環
    
    pop {r4, r5, pc}        @ 恢復寄存器並返回