MCUXpresso IDE下編譯優(yōu)化等級設置方法

最近為了測試一款Cortex-M33產品性能達標，驗證團隊將coremark基準測試程序當作了一個測試用例，而在RTL環(huán)境里指定的 C 編譯器是標準GCC，當發(fā)現跑出來的 coremark程序測試結果與Arm給的Cortex-M33參考值4.02 CoreMark/MHz有一定差距，因此對這個問題進行了調查。

在Arm的Cortex-M33主頁，其備注了4.02 CoreMark/MHz參考值來自于 EEMBC官網上的一款恩智浦LPC55S69JBD100芯片跑出來的結果，頁面里備注了跑分結果是在Arm Clang Compiler v6.12下開啟最高優(yōu)化等級 -Omax 下得到的，而驗證團隊用得是GCC，由此斷定問題大概率是由不同編譯器優(yōu)化性能差異引起的，借著這個實際問題，今天就跟大家聊一聊MCUXpresso IDE下編譯優(yōu)化等級設置方法。

注：本文使用的MCUXpresso IDE軟件版本是 v11.6.0_8187。

一、查看MCUXpresso的GCC版本

有朋友可能會覺得奇怪，文章開頭里明明聊得是GCC下coremark跑分問題，為何要引出MCUXpresso IDE？其實MCUXpresso IDE是恩智浦推出的免費集成開發(fā)環(huán)境，其底層編譯器就是標準GCC工具鏈，使用MCUXpresso IDE，我們就不用像使用GCC那樣手動準備相應Makefile去做編譯了。

因為我們是借助MCUXpresso IDE來測試GCC編譯優(yōu)化性能，所以需要了解當前 GCC版本，可以在MCUXpresso IDE安裝目錄的如下路徑下找到GCC版本信息。

執(zhí)行 arm-none-eabi-gcc.exe -v 命令即可知道其版本，MCUXpresso IDE v11.6 使用得是 GCC v10.3.1。

MCUXpressoIDE_11.6.0_8187ide oolsinarm-none-eabi-gcc.exe

MCUXpressoIDE_11.6.0_8187ide oolslibgccarm-none-eabi10.3.1

二、GCC支持的優(yōu)化等級

既然咱們聊得是優(yōu)化等級設置方法，首先我們得知道GCC下支持哪些優(yōu)化等級，我們可以在MCUXpresso IDE安裝目錄或者GCC官網找到用戶手冊（gcc.pdf），手冊里面 Section 3.11 Options that Control Optimization 章節(jié)有詳細的解釋。

MCUXpressoIDE_11.6.0_8187ide oolssharedocgcc-arm-none-eabipdfgcc.pdf

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-10.3.0/gcc.pdf

GCC本身支持非常多的優(yōu)化策略小項，大概有如下 100 多個，可以在手冊里去看每個小項的具體解釋，了解了這些小項，我們在編譯時當然可以把這些策略參數按需加上去，不過這種方式顯然比較繁瑣。

GCC為了化繁為簡，將這些策略小項做了分類整理，形成了如下8個等級（基于代碼大小和運行速度兩個方向逐步加檔），我們在實際編譯時一般直接用這8個優(yōu)化等級即可。

三、MCUX下設置優(yōu)化等級的三種方法

在 MCUXpresso IDE 工程里，我們有三種方法來設置優(yōu)化等級，分別針對單個函數、單個源文件、整個工程源文件。

3.1 在源文件中設置

第一種優(yōu)化等級設置方法主要針對單個函數，即使用 __attribute__ 來修飾函數（這其實是GCC下通用做法，與MCUX關系不大），經過修飾的函數可以不受 MCUXpresso IDE工程整體優(yōu)化等級設置影響。

void __attribute__((optimize("O3"))) function(void)
{
    ...
}

第二種優(yōu)化等級設置方法主要針對多個相鄰函數或者整個源文件，即使用如下 #pragma組合語句來修飾代碼（這也是GCC下通用做法，與MCUX關系不大），經過修飾的代碼也同樣不受MCUXpresso IDE工程整體優(yōu)化等級設置影響。

#pragma GCC push_options     // 代碼作用范圍起始處
#pragma GCC optimize("O3")   // 代碼優(yōu)化等級設置
void function1(void)
{
    ...
}
void function2(void)
{
    ...
}
...
#pragma GCC pop_options      // 代碼作用范圍結尾處

3.2 在IDE選項中設置

第三種優(yōu)化等級設置方法主要針對工程全部源文件，即在MCUXpresso IDE工程選項里Optimization Level一欄項目里做切換選擇，這里基本上與 GCC v10.3 優(yōu)化等級定義是一致的，但是缺少了 -Ofast 選項。

四、MCUX下設置-Ofast等級

使用一塊MIMXRT595-EVK開發(fā)板（主芯片為Cortex-M33內核），在其配套SDK 里的hello world工程基礎之上移植了coremark程序，在IAR v9.10最高優(yōu)化等級下（High-Size No size constraints）得到了3.94 CoreMark/MHz的跑分，這很接近Arm基準值，但是在MCUXpresso IDE最高優(yōu)化等級下（-O3）僅得到了2.76 CoreMark/MHz。

莫非是必須要在MCUXpresso IDE下開啟GCC的最快運行優(yōu)化等級 -Ofast 才能得到理想coremark跑分，但是MCUXpresso IDE選項里并沒有 -Ofast 怎么辦？

別著急，剛才工程選項下還有Other optimization flags后門，我們在這里手動添加上 -Ofast 比 -O3 多的那兩個優(yōu)化策略小項，以及MCUX團隊要求的 -fno-semantic-interposition 小項，這樣基本就等于 - Ofast 效果。

-ffast-math -fallow-store-data-races -fno-semantic-interposition

重新編譯，再跑一次 -Ofast 等級下的MCUXpresso IDE工程，發(fā)現coremark跑分結果并沒有比 -O3 等級下有多大提升。

想了想雖然跑不到IAR 上 3.94 CoreMark/MHz的高分有點不甘心，但是這也很正常嘛，免費的GCC編譯器如果能達到商業(yè)IAR編譯器那樣的效果，那人家商業(yè)編譯器還怎么收費呢，理解萬歲！