在《深入淺出編譯優(yōu)化選項（上）》中，我們介紹了如何在IAR Embedded Workbench編譯器中進(jìn)行編譯優(yōu)化等級配置、多文件編譯配置、靈活配置編譯優(yōu)化選項作用域、鏈接階段優(yōu)化選項配置等。

本文將進(jìn)一步探索編譯優(yōu)化技術(shù)，介紹編譯優(yōu)化策略以及如何進(jìn)行編譯優(yōu)化微調(diào)項配置。如果把編譯優(yōu)化等級選項看作粗調(diào)參數(shù)，那么編譯優(yōu)化微調(diào)項就可以比作細(xì)調(diào)參數(shù)，幫助用戶進(jìn)一步打磨關(guān)鍵代碼的體積和性能的最佳配比。

編譯優(yōu)化等級如何對應(yīng)到編譯優(yōu)化策略

《深入淺出編譯優(yōu)化選項（上）》一文中的“編譯器代碼構(gòu)建過程”章節(jié)詳細(xì)介紹了代碼構(gòu)建過程，如上圖所示。圖中右邊紅框內(nèi)的內(nèi)容為編譯過程中所實施的編譯優(yōu)化策略，我們在配置編譯優(yōu)化等級時，其實就是配置了一組相對應(yīng)的編譯優(yōu)化策略。

以IAR Embedded Workbench（基于EWARM v9.32.2）編譯器為例，通過菜單欄（Project -> Options）打開項目選項界面，選中“C/C++ Compiler”欄目，并且在右邊選項卡選中“Optimizations”，即可進(jìn)行編譯優(yōu)化選項配置，如下圖所示。

IAR Embedded Workbench共分為4個優(yōu)化等級（None, Low, Medium, High），其中優(yōu)化等級 “High” 又分為3個子優(yōu)化等級（Balanced, Size, Speed）。下表總結(jié)各個優(yōu)化等級對應(yīng)的優(yōu)化策略組合。

由上表可以看出，各個編譯優(yōu)化等級包含了不同的編譯優(yōu)化策略組合，每種組合都是IAR根據(jù)大量用戶使用經(jīng)驗進(jìn)行配比，因此設(shè)置編譯優(yōu)化等級能夠滿足大多數(shù)軟件編譯優(yōu)化的需求。但是我們也看到上表中4個優(yōu)化等級對應(yīng)了10個以上的編譯優(yōu)化策略，如果能夠在設(shè)置編譯優(yōu)化等級的基礎(chǔ)上，再使能對優(yōu)化策略的精細(xì)配置，那么有助于用戶進(jìn)一步打磨關(guān)鍵代碼的體積和性能的最佳配比。

編譯優(yōu)化微調(diào)項配置

IAR Embedded Workbench編譯器作為一款業(yè)界領(lǐng)先的編譯工具鏈，除了提供最佳編譯性能之外，也提供了極其靈活的編譯優(yōu)化選項配置來滿足上述需求。用戶除了可以進(jìn)行編譯優(yōu)化等級的配置外，IAR Embedded Workbench還提供了編譯優(yōu)化微調(diào)項（Enabled transformations），在不同的編譯優(yōu)化等級中，可以進(jìn)一步打開或者關(guān)閉一些優(yōu)化策略，使得用戶可以根據(jù)關(guān)鍵代碼需求配置出更加精準(zhǔn)的編譯優(yōu)化策略組合。

具體微調(diào)選項在下圖中所示：

公共子表達(dá)式消除（Common subexpression elimination）

在編譯器優(yōu)化階段，消除程序中重復(fù)計算的表達(dá)式。如下圖示例，如果程序中存在多處使用相同的表達(dá)式，那么在進(jìn)行“公共子表達(dá)式消除”優(yōu)化后，只需要計算一次該表達(dá)式，然后將結(jié)果緩存起來供其他地方使用，從而減少程序的運行時間和計算量。

循環(huán)展開（Loop unrolling）

在編譯器優(yōu)化階段，將循環(huán)體中的代碼復(fù)制多次，以減少循環(huán)次數(shù)和內(nèi)存訪問次數(shù)，從而提高程序的執(zhí)行效率。如下圖示例，如果程序中有一個循環(huán)體，每次循環(huán)都進(jìn)行一次printf操作，那么在進(jìn)行“循環(huán)展開”優(yōu)化后，可以將循環(huán)體中的代碼復(fù)制多次，從而減少循環(huán)次數(shù)和內(nèi)存訪問次數(shù)，從而提高程序的執(zhí)行效率。

函數(shù)內(nèi)聯(lián)（Function inline）

指的是在編譯器優(yōu)化階段，將函數(shù)調(diào)用的代碼替換為函數(shù)本體代碼，從而減少函數(shù)調(diào)用的開銷和程序的執(zhí)行時間。如下圖示例，如果程序中有一個函數(shù)調(diào)用語句，那么在進(jìn)行“函數(shù)內(nèi)聯(lián)”優(yōu)化后，可以將函數(shù)調(diào)用語句替換為函數(shù)體中的代碼，從而避免了函數(shù)調(diào)用的開銷，同時也使得程序更加緊湊，提高程序的執(zhí)行效率。

代碼移動（Code motion）

指的是在編譯器優(yōu)化階段，將程序中的某些計算或操作移到可以共享的位置，以減少程序執(zhí)行時的計算量和內(nèi)存訪問次數(shù)，從而提高程序的效率。如下圖示例，如果程序中有多處重復(fù)計算相同的表達(dá)式，那么在進(jìn)行“代碼移動”優(yōu)化后，可以將這些計算移到一個共享的位置，只計算一次，并將結(jié)果緩存起來供其他地方使用，從而減少程序的計算量和內(nèi)存訪問次數(shù)。

類型別名分析（Type-based alias analysis）

在嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存訪問往往是非?！鞍嘿F”的操作，而內(nèi)存的訪問速度會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和能耗。因此，在編寫嵌入式C代碼時，需要考慮如何盡可能減少內(nèi)存訪問次數(shù)以提高系統(tǒng)的性能。"類型別名分析"是一種編譯器優(yōu)化技術(shù)，可在編譯代碼時識別出哪些變量指向了同一個內(nèi)存地址，從而可以更有效地使用內(nèi)存，并避免在訪問內(nèi)存時出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)的加載和存儲。如下圖示例，優(yōu)化后，使用臨時變量i（通常保存在CPU寄存器）進(jìn)行計算并賦值給sum，而不使用*a，避免重新從內(nèi)存中加載，從而提高運行性能。

靜態(tài)聚類（Static clustering）

指的是在編譯器優(yōu)化階段，通過對代碼進(jìn)行靜態(tài)分析，將相關(guān)的代碼組合在一起，以便在執(zhí)行時能夠更好地利用硬件資源，提高程序的執(zhí)行效率和響應(yīng)速度。具體來說，“靜態(tài)聚類”技術(shù)會根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)流分析，將具有相同數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的代碼段組合成獨立的塊，然后為每個塊分配內(nèi)存空間，并將其存儲在連續(xù)的物理內(nèi)存地址上，以便在執(zhí)行時能夠更好地利用緩存和預(yù)取機(jī)制，減少內(nèi)存訪問延遲，提高程序的性能。

指令調(diào)度（Instruction scheduling）

指的是在編譯器優(yōu)化階段，重新安排程序中指令的順序，將需要等待某些操作完成的指令與其他指令分離開來，以優(yōu)化指令的執(zhí)行順序，從而減少CPU流水線上的空閑時間和內(nèi)存訪問次數(shù)，以提高運行性能。

矢量化（Vectorization）

“矢量化”將順序循環(huán)轉(zhuǎn)換為 NEON 硬件矢量操作，無需編寫匯編代碼或使用內(nèi)部函數(shù)。這增強(qiáng)了便攜性。僅當(dāng)目標(biāo)處理器具有 NEON 功能并啟用了自動矢量化時，才會對循環(huán)進(jìn)行矢量化。

編譯優(yōu)化微調(diào)選項

對代碼體積和代碼性能的影響

以上編譯優(yōu)化微調(diào)選項會對生成的代碼體積和性能產(chǎn)生不同的影響，用戶可以根據(jù)下表進(jìn)行按需配置。

總結(jié)

了解各項編譯器優(yōu)化選項的定義和使用，用戶就可以按照項目需求，嵌入式應(yīng)用特點，靈活的配置編譯器優(yōu)化，實現(xiàn)嵌入式軟件代碼性能和體積達(dá)到最佳平衡點。

IAR Embedded Workbench是一款業(yè)界領(lǐng)先的編譯工具鏈，除了提供卓越的性能之外，也提供了豐富靈活的編譯優(yōu)化選項配置，可以幫助用戶在不同的嵌入式軟件應(yīng)用需求下，都能配比出最佳代碼性能和代碼體積。

審核編輯：湯梓紅