Ho sperimentato un po 'l'esecuzione da RAM e memoria flash su sistemi embedded. Per la prototipazione rapida e il test sto attualmente utilizzando un Arduino Due (SAM3X8E ARM Cortex-M3). Per quanto posso vedere, il runtime e il bootloader di Arduino non dovrebbero fare differenza qui.
Ecco il problema: ho una funzione ( calc ) che è scritta in ARM Thumb Assembly. calc calcola un numero e lo restituisce. (> 1 runtime per il dato input) Ora ho estratto manualmente il codice macchina assemblato di quella funzione e l'ho messo come byte grezzi in un'altra funzione. Si conferma che entrambe le funzioni risiedono nella memoria flash (indirizzo 0x80149 e 0x8017D, uno accanto all'altro). Ciò è stato confermato sia tramite lo smontaggio che un controllo di runtime.
void setup() {
Serial.begin(115200);
timeFnc(calc);
timeFnc(calc2);
}
void timeFnc(int (*functionPtr)(void)) {
unsigned long time1 = micros();
int res = (*functionPtr)();
unsigned long time2 = micros();
Serial.print("Address: ");
Serial.print((unsigned int)functionPtr);
Serial.print(" Res: ");
Serial.print(res);
Serial.print(": ");
Serial.print(time2-time1);
Serial.println("us");
}
int calc() {
asm volatile(
"movs r1, #33 \n\t"
"push {r1,r4,r5,lr} \n\t"
"bl .in \n\t"
"pop {r1,r4,r5,lr} \n\t"
"bx lr \n\t"
".in: \n\t"
"movs r5,#1 \n\t"
"subs r1, r1, #1 \n\t"
"cmp r1, #2 \n\t"
"blo .lblb \n\t"
"movs r5,#1 \n\t"
".lbla: \n\t"
"push {r1, r5, lr} \n\t"
"bl .in \n\t"
"pop {r1, r5, lr} \n\t"
"adds r5,r0 \n\t"
"subs r1,#2 \n\t"
"cmp r1,#1 \n\t"
"bhi .lbla \n\t"
".lblb: \n\t"
"movs r0,r5 \n\t"
"bx lr \n\t"
::
); //redundant auto generated bx lr, aware of that
}
int calc2() {
asm volatile(
".word 0xB5322121 \n\t"
".word 0xF803F000 \n\t"
".word 0x4032E8BD \n\t"
".word 0x25014770 \n\t"
".word 0x29023901 \n\t"
".word 0x800BF0C0 \n\t"
".word 0xB5222501 \n\t"
".word 0xFFF7F7FF \n\t"
".word 0x4022E8BD \n\t"
".word 0x3902182D \n\t"
".word 0xF63F2901 \n\t"
".word 0x0028AFF6 \n\t"
".word 0x47704770 \n\t"
);
}
void loop() {
}L'output del programma sopra sul target di Arduino Due è:
Address: 524617 Res: 3524578: 1338254us
Address: 524669 Res: 3524578: 2058819us
Quindi confermiamo che i risultati sono uguali e l'indirizzo durante il runtime deve essere come previsto. L'esecuzione della funzione del codice macchina inserita manualmente è più lenta del 50%.
Lo smontaggio con arm-none-eabi-objdump conferma ulteriormente i rispettivi indirizzi, la residenza della memoria flash e l'uguaglianza del codice macchina (Nota endianness e raggruppamento di byte!):
00080148 <_Z4calcv>:
80148: 2121 movs r1, #33 ; 0x21
8014a: b532 push {r1, r4, r5, lr}
8014c: f000 f803 bl 80156 <.in>
80150: e8bd 4032 ldmia.w sp!, {r1, r4, r5, lr}
80154: 4770 bx lr
00080156 <.in>:
80156: 2501 movs r5, #1
80158: 3901 subs r1, #1
8015a: 2902 cmp r1, #2
8015c: f0c0 800b bcc.w 80176 <.lblb>
80160: 2501 movs r5, #1
00080162 <.lbla>:
80162: b522 push {r1, r5, lr}
80164: f7ff fff7 bl 80156 <.in>
80168: e8bd 4022 ldmia.w sp!, {r1, r5, lr}
8016c: 182d adds r5, r5, r0
8016e: 3902 subs r1, #2
80170: 2901 cmp r1, #1
80172: f63f aff6 bhi.w 80162 <.lbla>
00080176 <.lblb>:
80176: 0028 movs r0, r5
80178: 4770 bx lr
}
8017a: 4770 bx lr
0008017c <_Z5calc2v>:
8017c: b5322121 .word 0xb5322121
80180: f803f000 .word 0xf803f000
80184: 4032e8bd .word 0x4032e8bd
80188: 25014770 .word 0x25014770
8018c: 29023901 .word 0x29023901
80190: 800bf0c0 .word 0x800bf0c0
80194: b5222501 .word 0xb5222501
80198: fff7f7ff .word 0xfff7f7ff
8019c: 4022e8bd .word 0x4022e8bd
801a0: 3902182d .word 0x3902182d
801a4: f63f2901 .word 0xf63f2901
801a8: 0028aff6 .word 0x0028aff6
801ac: 47704770 .word 0x47704770
}
801b0: 4770 bx lr
...
Possiamo ulteriormente confermare la convenzione di chiamata utilizzata in modo analogo:
00080234 <setup>:
void setup() {
80234: b508 push {r3, lr}
Serial.begin(115200);
80236: 4806 ldr r0, [pc, #24] ; (80250 <setup+0x1c>)
80238: f44f 31e1 mov.w r1, #115200 ; 0x1c200
8023c: f000 fcb4 bl 80ba8 <_ZN9UARTClass5beginEm>
timeFnc(calc);
80240: 4804 ldr r0, [pc, #16] ; (80254 <setup+0x20>)
80242: f7ff ffb7 bl 801b4 <_Z7timeFncPFivE>
}
80246: e8bd 4008 ldmia.w sp!, {r3, lr}
timeFnc(calc2);
8024a: 4803 ldr r0, [pc, #12] ; (80258 <setup+0x24>)
8024c: f7ff bfb2 b.w 801b4 <_Z7timeFncPFivE>
80250: 200705cc .word 0x200705cc
80254: 00080149 .word 0x00080149
80258: 0008017d .word 0x0008017d
Posso escludere questo fatto a causa di una sorta di recupero speculativo (che apparentemente Cortex-M3 ha!) O interrompe. (EDIT: NOPE, non posso. Probabilmente una sorta di prefetch) La modifica dell'ordine di esecuzione o l'aggiunta di chiamate di funzione in mezzo non modifica il risultato. Quale potrebbe essere il colpevole qui?
EDIT: dopo aver modificato l'allineamento della funzione del codice macchina (inserire nops come prologo) ottengo i seguenti risultati:
+ 16 bit per calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102257us
Address: 524669 Res: 3524578: 1846968us
+ 32 bit per calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102257us
Address: 524669 Res: 3524578: 1535424us
+ 48 bit per calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102155us
Address: 524669 Res: 3524578: 1413180us
+ 64 bit per calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102155us
Address: 524669 Res: 3524578: 1346606us
+ 80 bit per calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102145us
Address: 524669 Res: 3524578: 1180105us
EDIT2: esegue solo calc:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102155us
Eseguendo solo calc2:
Address: 524617 Res: 3524578: 1102257us
Modifica dell'ordine:
Address: 524669 Res: 3524578: 1554160us
Address: 524617 Res: 3524578: 1102211us
EDIT3: aggiunta .p2align 4prima dell'etichetta .insolo per calc, esecuzione separata:
Address: 524625 Res: 3524578: 1413185us
Sia come nel benchmark originale:
Address: 524625 Res: 3524578: 1413185us
Address: 524689 Res: 3524578: 1535424us
EDIT4: l'inversione della posizione nel flash cambia completamente il risultato. -> Prefetch lineare?