痞子衡嵌入式：MCUXpresso IDE下設置代碼編譯優(yōu)化等級的幾種方法

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是MCUXpresso IDE下設置代碼編譯優(yōu)化等級的幾種方法。

　　最近公司芯片設計團隊正在開發(fā)一款全新的基于 Cortex-M33 內核的芯片，為了保證芯片性能達標，驗證團隊將 coremark 基準測試程序也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，驗證團隊發(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，痞子衡參與了這個問題調查。

　　在 Arm Cortex-M33 官方主頁，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，痞子衡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，今天痞子衡跟大家聊一聊 MCUXpresso IDE 下編譯優(yōu)化等級設置方法。

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

一、查看MCUX下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，為何痞子衡引出了 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_8187\ide\tools\bin\arm-none-eabi-gcc.exe
\MCUXpressoIDE_11.6.0_8187\ide\tools\lib\gcc\arm-none-eabi\10.3.1

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_8187\ide\tools\share\doc\gcc-arm-none-eabi\pdf\gcc.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

　　痞子衡找了一塊 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-Speed, 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！

　　至此，MCUXpresso IDE下設置代碼編譯優(yōu)化等級的幾種方法痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

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