ARM中用乘法代替除法的優(yōu)化

　　ARM在硬件上不支持除法指令，編譯器是通過調(diào)用C庫函數(shù)來實現(xiàn)除法運算的，有許多不同類型的除法程序來適應(yīng)不同的除數(shù)和被除數(shù)。但直接利用C庫函數(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)除法程序，根據(jù)執(zhí)行情況和輸入操作數(shù)的范圍，要花費20～100個周期，消耗較多的軟件運行時間。在實時嵌入式應(yīng)用中，對時間參數(shù)較為敏感，故可以考慮如何優(yōu)化避免除法消耗過多的CPU運行時間。

　　除法和模運算(/和%)執(zhí)行起來比較慢，所以應(yīng)盡量避免使用。但是，除數(shù)是常數(shù)的除法運算和用同一個除數(shù)的重復(fù)除法，執(zhí)行效率會比較高。在ARM中，可以利用單條MUL指令實現(xiàn)乘法操作。本文將闡述如何用乘法運算代替除法運算，以及如何使除法的次數(shù)最少化。

　　1 避免除法運算

　　在非嵌入式領(lǐng)域，因為CPU運算速度快、存儲器容量大，除法操作通常都是不加考慮直接使用的。但在嵌入式領(lǐng)域，首先需要考慮的是這些除法操作是否是必須的。以對環(huán)形緩沖區(qū)操作為例，經(jīng)常要用到除法，其實完全可以避免這些除法運算。

?

　　假定有一個buffer_size大小的環(huán)形緩沖區(qū)，如圖1所示，offset指定目前所在的位置。通過increment字節(jié)來增加offset的值，一般是這樣寫的：

　　0ffset=(Offset+increment)%buffer_size;

　　效率更高的寫法是：

　　offset+=increment;

　　if(offset>=buffer_size){

　　offset-=buffer_size;

　　}

　　第一種寫法要花費50個周期，而第二種因為沒有除法運算，只須花費3個周期。這里假定increment

　　如果不能避免除法運算，那么就應(yīng)盡量使除數(shù)和被除數(shù)是無符號的整數(shù)。有符號的除法程序執(zhí)行起來更加慢，因為它們先要取得除數(shù)和被除數(shù)的絕對值，再調(diào)用無符號除法運算，最后再確定結(jié)果的符號。

　　2 充分利用商和余數(shù)

　　許多C語言庫中的除法函數(shù)返回商和余數(shù)。換句話說，每一個除法運算，余數(shù)是可以無償?shù)玫降?，反之亦然。例如，要在屏幕緩沖區(qū)找到偏移量為offset的屏幕位置(x，y)，可以這樣寫：

　　typeclef struct{

　　int x;

　　int y;

　　}point;

　　point getxy_v1(unsigned int offset，unsigned int bytes_per_line){

　　point p;

　　p.y=offset/lt)ytes_per_line;

　　p.x=offset - p.y* bytes_per_line;

　　return p;

　　}

　　這里，似乎對p.x使用減法和乘法，少了一次除法運算;但是，實際上使用模運算或者取余操作效率更高，對getxy_v1改進如下：

　　point getxy_v2(unsigned int offset，unsigned int bytes_per_line){

　　point P;

　　P.x=offset%bytes_per_1ine;

　　P.y=offset/bytes_per_line;

　　return P;

　　}

　　從下面編譯器的輸出結(jié)果可以看到，只有一次除法調(diào)用。實際上，這個程序要比前面的getxy_vl少4條指令(注意，并不是對所有的編譯器和C庫都有這樣的結(jié)果)。

　　getxy_v2

　　STMFD r13!，{r4，r14};保存r4，lr人堆棧

　　MOV r4，r0 ;賦值后r4保存的為點P基址

　　MOV r0，r2 ;r0=bytes_per_line

　　BL rt_udiv ;調(diào)用無符號除法例程

　　(r0.;r1)=(rl/r0，rl%r0)

　　STR r0，[r4，#4] ;P.y=offset/bytes_per_line

　　STR rl，[r4，#o] ;P.x=offset%bytes_per_line

　　LDMFD r13!，(r4，pc);恢復(fù)上下文，返回