70行代碼來打造MCU性能分析利器！

前面小編對純軟件性能分析的理論與實(shí)踐的分享，希望給大家找到了豪華待遇的感覺。當(dāng)然了，自己當(dāng)土豪爽一下也就過去了，但是性能的問題還擺在那里等待解決，接下來怎么辦呢？

改善性能可以改進(jìn)代碼的寫法或算法，這就要結(jié)合實(shí)際問題，各顯神通了。但畢竟大牛人是來仰望的，咱們還需要更加立竿見影的招數(shù)，那就是給CPU占用最大的一些函數(shù)提供VIP的待遇，把它們放在VIP區(qū)中——執(zhí)行性能更高的存儲(chǔ)器。

以前介紹性能分析時(shí)曾提到，VIP區(qū)其實(shí)也是分等級的。不同的單片機(jī)，在存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)，總線連接方式，訪問控制策略都各有特色，對性能的影響也不一而足。嵌入式和IoT的開發(fā)，處處彰顯出碎片化和粉末化的特色，這可讓人怎么整？

幸好，即使世界這么紛紛擾擾，還是有大類可循的。小編也試著結(jié)合NXP的LPC54000系列和i.MX RT1050系列，給各類VIP區(qū)分了5類VIP特權(quán)等級。

VIP：C級（小V）

這主要是針對外置QSPI Flash的升級。

對于LPC540xx和LPC18x0/43x0系列，它們沒有內(nèi)置Flash。如果跑不動(dòng)了，可以考慮升級到其對應(yīng)的有內(nèi)置Flash的pin2pin型號，比如LPC546xx，LPC18xx/43xx（尾號非0）。內(nèi)置Flash跑血常規(guī)（CoreMark）的性能一般在外置QSPI的1.5倍以上，對于查表較多的程序甚至在數(shù)倍以上。內(nèi)部Flash的帶寬往往在128位甚至256位，還帶有專用于加速循環(huán)結(jié)構(gòu)的特制小cache，執(zhí)行程序的性能還是很棒的。

為了呈現(xiàn)更高的性價(jià)比，i.MX RT系列全部沒有內(nèi)置Flash。不過，i.MX RT的FlexSPI支持高性能的DDR模式、雙Flash交火、以及8線Flash模式。就拿EVK上的hyper flash為例，可高達(dá)332MB/s，而一般的QSPI Flash通常不過60MB/s。此外，i.MX RT的SEMC對于從SDRAM執(zhí)行代碼的性能也比較給力，如果系統(tǒng)中存在SDRAM，也可以使一些數(shù)據(jù)表和代碼放在SDRAM中。

VIP：B級（中V）

各型Flash和SDRAM對于小循環(huán)體的性能盡管還可以，但是當(dāng)程序跳轉(zhuǎn)不規(guī)則，或者順序結(jié)構(gòu)較長時(shí)，以及數(shù)據(jù)訪問隨機(jī)性強(qiáng)時(shí)，性能的表現(xiàn)就變得很不均勻，讓人有“雖然我表達(dá)不了太多的愛，唯有好多眼淚流出來”的感覺。

這個(gè)時(shí)候，可以使用單片機(jī)片上的系統(tǒng)RAM。對于LPC54系列的Cortex-M4/M0+單片機(jī)，可以放在內(nèi)存地址為0x2000-0000開頭的RAM中，對于i.MX RT系列則是地址為0x2020-0000的OCRAM中。這些RAM的工作頻率和隨機(jī)訪問性能比Flash好得很多。但是因?yàn)樵谶@個(gè)地址范圍使用的AHB (LPC)或AXI (i.MX RT)系統(tǒng)總線的啟動(dòng)時(shí)序開銷大，總線往往又比較忙，還要和諸多帶DMA的總線主機(jī)搶帶寬，性能加速可能得不到保證，因此充其量也就算是中V級吧。

VIP：A級（大V）

和中V級相比，大V的待遇就更好了，有了專屬的緊密耦合RAM區(qū)。

以LPC5411x為例，它有32KB的”SRAMX”，這塊SRAMX和192KB的全部容量相比只占1/6，但絕對配得上大V的待遇。它直接連接到Cortex-M4的I-Code和D-Code總線上。這兩條總線也是“特供”于快速代碼執(zhí)行的綠色通道，其它總線主設(shè)備是沒資格用的。

再看i.MX RT，它的Cortex-M7內(nèi)核更是有過之而無不及，把I-Code和D-Code升級到64位的ITCM（指令緊密耦合存儲(chǔ)器）和DTCM（數(shù)據(jù)緊密耦合存儲(chǔ)器），并且片上的512KB內(nèi)存可以自由分割，全部配置成ITCM和DTCM也可以。那沒有了其它RAM，外設(shè)要訪問怎么辦呢？Cortex-M7留了個(gè)小后門——AHB-Slave給其它DMA主機(jī)訪問TCM，當(dāng)然是看M7臉色行事。

總之，大V待遇對于大多數(shù)程序代碼已經(jīng)相當(dāng)有面兒了，性能提升也是杠杠的！

VIP：S級（超V）啥，還有超V級？難道還有比TCM更快的，莫非小編你瘋到想把R0-R14也給賣了？

倒也不是，超V級其實(shí)可以看作是上述VIP的組合，給最關(guān)鍵的模塊提供服務(wù)，占用多塊RAM。比如一個(gè)壓縮jpeg的模塊，它既有代碼又有只讀數(shù)據(jù)。如果把代碼與只讀數(shù)據(jù)全放在一塊RAM，就不能發(fā)揮M4/M7雙總線的優(yōu)勢，比如沒法取指令的同時(shí)訪問數(shù)據(jù)。小編于是把代碼放ITCM，只讀數(shù)據(jù)放DTCM，相當(dāng)于它自己左手一個(gè)右手一個(gè)擁抱了整個(gè)芯片中性能最強(qiáng)的兩塊RAM，讓600MHz的M7火力全開，跑到QVGA分辨率下60幀每秒以上的圖片壓縮性能。

VIP：PS級（公共超V）

(僅適用于Cortex-M7)

在Cortex-M7內(nèi)核的i.MX RT系列中，支持指令高速緩存(I-Cache)和數(shù)據(jù)高速緩存（D-Cache），各有32KB。這兩個(gè)Cache的性能完全是TCM級別的。這是一項(xiàng)超V級水準(zhǔn)的平民福利，獻(xiàn)給全部沒有享受到大V和超V待遇的代碼和數(shù)據(jù)，就稱作公共超V級吧。

有趣的是，它是全自動(dòng)的——不管是什么代碼和數(shù)據(jù)，上鏡率越高，就越有機(jī)會(huì)多享受超V級待遇。但若是如果什么時(shí)候起受冷落了，就最終會(huì)被掃出門。

打個(gè)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋确剑@就好比假設(shè)高鐵中以商務(wù)座的標(biāo)準(zhǔn)建餐車，即使沒買一等座和商務(wù)座，只要搶到了餐車座席吃飯，吃飯期間也享受商務(wù)座待遇。只不過，若是吃完飯想再歇會(huì)，又沒空位子了，那就祈禱別人不要來吃飯吧，否則就會(huì)被趕走。

因此，這項(xiàng)復(fù)用型超V待遇是按需分配的。值得注意的是，在替換cache內(nèi)容時(shí)會(huì)花時(shí)間，既對確定性產(chǎn)生影響，也降低平均性能。所以雖然比超V級弱一點(diǎn)，但它把福利普照給公眾，這是前面任何VIP特權(quán)也提供不了的。