来源：孔庆峰, DSP核心应用工程经理 Analog Devices, Inc.

其实我不是很会写文章，想要把技术性文章写的有意思就更难了。不过这一段日子总是有一种冲动想要写点什么，把自己了解的有关Blackfin C语言优化和系统优化方面的技巧和知识写下来，和正在从事这方面工作朋友们分享，也许有些帮助，也算是对自己过去一段时间工作的总结。

在文章开始之前，我想先问读者一个问题：您的DSP代码里有多少是汇编，这些汇编里有多少是您自己写的？

曾几何时汇编编程是DSP工程师的一张名片。很多人到现在谈起汇编编程还是颇为自豪的，搞得你想说自己不会都要鼓起点勇气——那眼神是恨不得把你送回火星去。这主要是因为在最开始的时候DSP上的C语言编译器不是很普遍，编译器的水平也还在起步阶段，很难用到DSP相应的硬件特性，编译效率值得商榷。而且那时DSP应用场景和复杂度远不比今天，基本上限制在数字信号处理的典型算法上，FFT，FIR，IIR滤波器，等等。这些函数和滤波器的实现相对今天的应用比较简单，用汇编语言也容易突出DSP的硬件特性。还有一个原因是那时候DSP普遍都跑的很慢，基本上在几十兆的水平。这也限制了C语言的使用。试想一下一段C代码跑的比汇编慢十倍，几十兆的DSP一下就变几兆了。

但是今天再来看这所有的一切是完全不一样了。首先是DSP的应用范围越来越广，客户越来越多的希望用同一颗芯片，在同一个平台上实现更多的设计和应用。这对DSP的设计，DSP和MCU的融合都带来重大影响。DSP和MCU之间也不是过往那井水不犯河水的安宁。随着DSP和MCU的主频先后突破1GHz，在很多应用中DSP和MCU相伴相生的场景也开始被一颗强壮的芯代替，或者DSP或者MCU。在这样的应用中，操作系统，文件系统，USB协议栈，TCP/IP，海量数据存储，样样都会用到。数字信号处理也从骨灰级的滤波器变成全系列音视频处理，OFDM基带处理，天线阵列信号处理，彩色图像重建… 试想一下这些应用哪一个不是成千上万行代码。汇编语言在编程复杂度，可移植性和可维护性上真的是遇到了前所未有的挑战。而与此相对应的是C语言和C语言编译器的蓬勃发展。今天您可以很容易找到上面提到所有这些应用和算法的C语言实现，而C语言编译器在编译效率和成熟度上都有很大的突破。也让C语言在DSP上的应用得以受到愈来愈高的重视。

但是C语言本身并不是为DSP定义的——C语言在PC上的默认条件在嵌入式处理器上不成立，比方说存储空间无限，比方说内存连续，更不要说如何绑定DSP特殊的硬件支持。所以要充分发挥DSP的能力，C语言优化是一下一张DSP工程师的名片。不会C语言优化，OK，你可以回火星，地球很危险。

1. 拳谱总纲

闲话不表。在深入到细节之前，我想先从宏观的角度讨论一下C语言优化一些大的原则。就好像我们在学七伤拳之前先来背背拳谱总纲，提纲挈领很重要。这些原则可以用图1来说明。

图1：C语言优化性能曲线。

在这张图里我们看到的是一根程序性能随C语言和汇编语言在程序中比例变化而变化的曲线。整条性能曲线开始在A点，可以把它叫做out-of-box A点，就是程序员或者用户用自己未经优化的C语言程序在DSP上编译和运行能够达到的性能。这个性能取决于程序的复杂度和编译器的性能，但通常不会很高，大约在30%左右。这未经优化的C语言我们把它叫做out-of-box C。这里的30%是什么意思呢，就是你有一个600MHz的DSP去运行out-of-box C的程序，内核被占满了，但能做的有用的事情（性能）只相当于一个180MHz的DSP。为什么会这样呢，前面已经提到了，那就是out-of-box C不是为DSP量身定做的，不能充分用到DSP的各项性能。好，从A点开始向B点运动，我们就进入了今天要讨论的范围，也就是进入了“Box”。这个时候我们在out-of-box C的基础上，在C语言的范围内面向我们要使用的DSP,对程序经行优化，就来到了B点。在B点，能够达到的性能是大约70％～80％。要注意，从A点到B点，所有的工作都是在C语言的范围内进行的，并没有进入汇编语言的范畴。这个时候的C语言可以叫它做Optimized C，它是在out-of-box C的基础上加入针对当前DSP的扩展而形成的。如果沿着性能曲线进一步向前，就进入了汇编语言的范畴，也就是程序员开始把一部分重要的，大量消耗cycle的程序改写为汇编。随着被改写的程序的增多和进入汇编领域的深入，我们达到了整条性能曲线的顶点——C点。这时大致有20％左右的代码已经被汇编语言代替，而程序的性能也已经超过了90％，也就是我们基本上充分利用了整颗DSP的全部性能。在C点的位置，程序是处在一个混合编程的状态——Optimized C和汇编的混合编程。这里可以使用C语言可调用的汇编子程序以提高重用性和可维护性。有读者可能好奇了，如果进一步扩大汇编语言在程序中的比例是不是可以继续提高性能呢。实际的情况跟我们想象的并不完全相同，性能不升反降了。举一个极端的例子，如果把所有的C语言都用汇编改写，我们就处在整条性能曲线的D点。在这里，程序的整体性能并没有C点高。这主要是因为C语言作为一种高级语言在控制、跳转代码，以及对复杂数据结构的访问上相对汇编语言有很大优势。

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