關(guān)于ARM指令

英創(chuàng)公司開發(fā)的基于WEC7的工控主板目前包括3種型號(hào)：

在使用英創(chuàng)的WEC7主板時(shí)，用戶需要使用Visual Studio 2008（簡(jiǎn)稱VS2008）來開發(fā)其應(yīng)用程序。盡管Cortex-A8和Cortex-A9處理器均支持性能更高的ARMv7指令集，但微軟在VS2008中所仍然使用ARMv4i指令集的通用arm編譯器（編譯器版本號(hào)為：15.00.20720）。而A8、A9處理器所帶的矢量浮點(diǎn)處理器（Vector Float-Point Processor）都需要在ARMv7指令下才能正常啟動(dòng)運(yùn)行。換句話說，在ARMv4i指令集下，對(duì)浮點(diǎn)的處理仍然是采用軟件仿真包來實(shí)現(xiàn)，而沒有用到高端ARM處理器自帶的硬件浮點(diǎn)處理器。這對(duì)涉及大量浮點(diǎn)處理應(yīng)用的客戶來說是很遺憾的事。

本文將以ESM3354為測(cè)試平臺(tái)，介紹在現(xiàn)有VS2008基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)硬件浮點(diǎn)處理的方法。

編譯器及SDK的準(zhǔn)備

我們?yōu)樾枰↑c(diǎn)處理的客戶準(zhǔn)備了ARMv7編譯工具以及基于ARMv7工具的SDK，具體如下表所示：

客戶需要首先安裝新的AMRv7的SDK，ARMv7的SDK與原來的ARMv4i的SDK是獨(dú)立并行的，并不需要卸載原來的SDK。安裝完成后，再把ARMv7編譯器工具包解壓到本地硬盤上，例如D:\ms-armv7-compiler。

建立測(cè)試程序1

打開VS2008，建立測(cè)試程序3354_armv7_t1，平臺(tái)（platform）選擇ESM335XARMV7SDK，用戶可以看到其指令集顯示為armv7：

點(diǎn)擊，選擇Console Application，

最后點(diǎn)擊，進(jìn)入代碼窗口。以下是測(cè)試的完整代碼，客戶可拷貝粘貼到所生成的代碼窗口區(qū)域中。

// 3354_armv7_t1.cpp : Defines the entry point for the console application.

//

#include"stdafx.h"

int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[])

{

doublef1 = 2.200002;

doublef2 = 2.200001;

doubleans = 1.0;

longiterations = 5 * 1000 * 1000;

DWORDdwStartTick, dwEndTick;

_tprintf(TEXT("Microsoft compiler version: %d\r\n"),_MSC_FULL_VER);

_tprintf(TEXT("ARM instruction set: %d\r\n"),_M_ARM);

if(argc > 1)

{

f1 = _wtof(argv[1]);

}

if(argc > 2)

{

f2 = _wtof(argv[2]);

}

if(argc > 3)

{

iterations = _wtoi(argv[3]) * 1000 * 1000;

}

dwStartTick = GetTickCount();

wprintf(L"f1=%f f2=%f loop=%d starting...%d\r\n", f1, f2, iterations, dwStartTick);

for(inti=0; i

{

ans *= f1;

ans /= f2;

}

dwEndTick = GetTickCount();

wprintf(L"ans = %f %d loop/msec end...%d\r\n", ans, (int)(iterations/(dwEndTick - dwStartTick)), dwEndTick);

return0;

}

設(shè)置編譯器路徑

準(zhǔn)備好測(cè)試程序后，首先需要把ARMv7編譯器加入到VS2008中，具體設(shè)置方法是在菜單欄中選擇 Tools -> Options -> Projects and Solutions -> VC++ Directories，然后選擇頁(yè)面的Platform欄目中選擇ESM335XARMV7SDK(ARMv7)，最后在路徑欄目中添加新路徑如下：

編譯器路徑設(shè)置，對(duì)一個(gè)平臺(tái)只需要設(shè)置一次。也就是對(duì)本機(jī)說，當(dāng)創(chuàng)建其他基于ESM335XARMV7SDK的應(yīng)用程序時(shí)，都不需要再重復(fù)設(shè)置編譯器路徑了。

設(shè)置應(yīng)用程序編譯鏈接選項(xiàng)

從工具欄點(diǎn)擊Project -> Properties -> C/C++ -> Command Lines，添加ARMv7指令選項(xiàng)以及浮點(diǎn)處理選項(xiàng)：“/QRarch7 /QRfpe- /arch:VFPv3-D32”如下：

各個(gè)選項(xiàng)的功能微軟的大致解釋如下：

●/QRarch7// -> ARMv7 Architecture

●/QRfpe-// -> Enable Hardware Floating-Point Targeting (Compact 7)

●/arch:VFPv3-D32// -> 使用VFP內(nèi)部的32個(gè)64位寄存器

由于ARMv7編譯器并不知道VS2008的基本環(huán)境庫(kù)路徑，也需要通過菜單添加：Project -> Properties -> Linker -> General，在Additional Library Directories欄加入：

“C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\ce\lib\armv4i”

設(shè)置的界面為：

設(shè)置完成后，就可Build測(cè)試程序，并下載至目標(biāo)板上運(yùn)行。該測(cè)試程序在ESM335x和EM335x兩個(gè)系列的主板上均可正常運(yùn)行：

這里“19455 loop/msec”表示每ms的循環(huán)次數(shù)，是反應(yīng)計(jì)算能力的主要參數(shù)。

測(cè)試結(jié)果比較

按構(gòu)造上述測(cè)試程序的方法，可方便地構(gòu)造一個(gè)使用VS2008缺省編譯器（ARMv4i）的t1程序，以進(jìn)行比較。進(jìn)一步地，我們?cè)趖1主循環(huán)中增加一行超越函數(shù)計(jì)算，構(gòu)成測(cè)試程序t2：

for(inti=0; i

{

ans *= f1;

ans /= f2;

ans = cos(ans); //t2新加代碼

}

為了更全面比較測(cè)試結(jié)果，我們還在Linux版本上運(yùn)行相同測(cè)試程序，進(jìn)行編譯器的橫向?qū)Ρ取?/p>

整個(gè)測(cè)試的綜合結(jié)果如下表所示：

上表的改進(jìn)欄目中是ARMv7運(yùn)行速度相對(duì)ARMv4i速度的倍數(shù)，括號(hào)內(nèi)為提高的百分比。測(cè)試程序t1評(píng)估的是常規(guī)的浮點(diǎn)計(jì)算，使能VFP后，是有明顯改進(jìn)的；而且Linux版本的相對(duì)改進(jìn)更大。但加入超越函數(shù)后，VFP的硬件優(yōu)勢(shì)就幾乎全部喪失了。我們理解ARM的VFP與傳統(tǒng)x86的協(xié)處理器（Co-processor）在對(duì)超越函數(shù)的處理上還是差別很大的，基本上還是采用多項(xiàng)式級(jí)數(shù)來合成的，本來設(shè)置VFP的主要目的也是面向數(shù)字濾波、圖形處理這類以乘加為主要特色的浮點(diǎn)處理，對(duì)數(shù)學(xué)超越函數(shù)的處理確實(shí)不在行。

小結(jié)

對(duì)需要大量使用乘加類型浮點(diǎn)處理的應(yīng)用，采用本文的方法啟動(dòng)ARMv7指令及VFP浮點(diǎn)處理器，是能夠大大改善應(yīng)用程序的性能的。對(duì)超越函數(shù)的處理，需要轉(zhuǎn)換成表格方式處理，而規(guī)避直接的計(jì)算，以保持程序總的處理性能。

微軟在VS2008配置的ARMv4i編譯器，其性能明顯優(yōu)于Linux平臺(tái)中使用的開源GCC編譯器，估計(jì)這也是微軟保留這款編譯器的原因之一。關(guān)于ARMv7指令相對(duì)ARMV4i指令的性能比較，第三方公司已做詳細(xì)測(cè)試，感興趣的客戶可向英創(chuàng)索取相關(guān)文檔。

有需求客戶可向英創(chuàng)索取ARMv7編譯器以及相應(yīng)的SDK，英創(chuàng)公司的技術(shù)支持郵箱為：support@emtronix.com。

點(diǎn)此閱讀第三方測(cè)試報(bào)告：Building WEC7 application with ARMv7 compiler - TI Benchmark。