圖像屏幕尺寸綿放的C程序優(yōu)化技巧

引 言

嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器。在眾多的處理器中，ARM是專為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的處理器，由于其低功耗、高性價(jià)比和易擴(kuò)展性等特點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)中得到了最為廣泛的應(yīng)用。在許多成功的32位嵌入式系統(tǒng)中，ARM處理器都是其核心組成部分。ARM內(nèi)核已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、掌上設(shè)備以及種類繁多的便攜式消費(fèi)類產(chǎn)品中。隨著ARM處理器越來越廣泛的應(yīng)用，如何提高代碼的執(zhí)行效率已成為工程師關(guān)注的問題，同時(shí)如何在實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用中，通過代碼優(yōu)化以減少消耗過多的CPU運(yùn)行時(shí)間已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。軟件開發(fā)中，常用的代碼優(yōu)化技巧有“循環(huán)展開”、“減少外存訪問”、“考慮CPU帶寬”、“循環(huán)減計(jì)數(shù)”、“循環(huán)變量數(shù)據(jù)類型”、“使用SWITCH取代條件判斷”等。而圖像在不同屏幕尺寸之間縮放的程序是嵌入式領(lǐng)域常常用到的功能。這里就以實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)常見功能的程序?yàn)槔?，說明程序優(yōu)化的技巧。

1 實(shí)例分析

程序的目標(biāo)是將一個(gè)長寬為240×160，格式為RGB565的顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容映射到長寬為320×240，格式也為RGB565的顯示緩沖區(qū)內(nèi)。因?yàn)樵磾?shù)據(jù)寬度是240點(diǎn)，所以，放大到目的區(qū)域的時(shí)候，就需要每3個(gè)源數(shù)據(jù)點(diǎn)中，重復(fù)1點(diǎn)的數(shù)據(jù)，變成4點(diǎn)，放到目的顯示緩沖區(qū)中。同樣，每2行源數(shù)據(jù)也要重復(fù)1行，變成3行，放到目的顯示緩沖區(qū)中。源數(shù)據(jù)和目的數(shù)據(jù)分別定義如下(保證源顯示緩沖區(qū)和目的顯示緩沖區(qū)都是4字節(jié)對(duì)齊起始的)：

注：以下所有程序均是使用ADS1．1編譯，CPU主頻為100 MHz，使用ARM7EJ-S為目標(biāo)處理器，小端編譯方式，測試的時(shí)間是以所有的程序和數(shù)據(jù)均是Cache全命中為前提測試得到的。

2 原始程序

下面這段程序是沒有經(jīng)過任何優(yōu)化的程序，僅僅實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能要求，運(yùn)行時(shí)間為10 ms。

3 優(yōu)化步驟

第一，采用循環(huán)展開的技巧進(jìn)行優(yōu)化，也就是盡量減少內(nèi)層循環(huán)的次數(shù)。這里在行循環(huán)中，由原來的每次處理1行源數(shù)據(jù)，一共循環(huán)160次，改成每次處理2行源數(shù)據(jù)，一共只需要循環(huán)80次。同時(shí)，在行內(nèi)部的列循環(huán)中，由原來的每次處理1個(gè)源像素點(diǎn)，一共循環(huán)240次，改成1次處理3個(gè)源像素點(diǎn)，一共只需要循環(huán) 80次。運(yùn)行時(shí)間縮短為8 ms。

第二，因?yàn)锳RM處理器的帶寬是4字節(jié)，所以，取數(shù)據(jù)時(shí)也使用4字節(jié)的方式是效率最高的，程序設(shè)計(jì)時(shí)也要盡量利用這個(gè)特點(diǎn)提高效率。下面就利用這個(gè)特點(diǎn)，每次取源數(shù)據(jù)時(shí)都取4字節(jié)。因?yàn)樾袃?nèi)部是每3點(diǎn)要重復(fù)1點(diǎn)，因此，行內(nèi)部循環(huán)改為每次處理6個(gè)像素點(diǎn)，這樣，又進(jìn)一步減少了循環(huán)次數(shù)。運(yùn)行時(shí)間縮短為4 ms。

第三，訪問外存往往是程序運(yùn)行的瓶頸，因?yàn)橥獯娴乃俣纫话氵h(yuǎn)遠(yuǎn)低于CPU運(yùn)行速度，所以，在編程的過程中，要盡量減少對(duì)外存的訪問。下面，將行循環(huán)中重復(fù)寫入的那行在上一行生成的過程中直接完成，減少了拷貝重復(fù)行過程中讀取1行的時(shí)間。運(yùn)行時(shí)間縮短為3 ms。

結(jié) 語

本文以圖像在不同屏幕尺寸之間縮放的程序?yàn)槔v解了代碼優(yōu)化技巧方法，給出了源代碼進(jìn)行探討，并通過實(shí)驗(yàn)得以證實(shí)。希望有助于讀者編寫出在提高執(zhí)行速度和減小代碼尺寸方面更高效的C源代碼。