关于ARM位指令效率不如MCU位指令效率的革命道理

HotPower

M0 GPIO用库和寄存器方式控制IO翻转速度对比，速度差近12倍！

M0有人说差的要死，我不信，偏偏用M0来玩，M0相当给力！AVR准备停用之.........
plc_avr 发表于 2011-11-24 06:18

实际ARM的指令集已经决定了它操控GPIO显然远不如MCU，因为MCU指令中已经多方考虑了对GPIO的位操作。

而ARM是通用的MCU，例如其核，NXP有M0，Nuvoton有M0，可能还有其他的M0.
那么这些厂家的M0的GPIO物理地址的分配不可能一样，故指令中不可能对GPIO进行操作，特别是位操作。

可能从汇编语言中看出，MCU可以对位操作，但是C语言实际没有真正意义的位操作。
而我们用的MCU开发平台由于是针对某些芯片的，故编译器可以识别出实现约定好的位操作。


再可以从红杏上看出，它由结构、联合、位域及枚举组成，我们需要的位操作实际是用位域替代的，是寄存器的&=~,|=等“位”操作。

故红杏在一般MCU上应用显然要效率低下，而在ARM上使用，由于通用性不支持真正的位，故红杏的效率将和理论分析的一样，即对ARM的访问，红杏的架构是最正确的。
所以可以看出在ARM用结构来描述特殊寄存器阵列是很好甚至是最好的选择。

但是由于ARM是32位的，但指令可能是16位或32位的，故32位/16位指令集中不可能包含寄存器的32位地址或立即数。所以必须通过间接寻址即指针来访问。

故特殊寄存器的物理地址必须在指令语句的附近存放，即所谓的“文字池”。

所以ARM要想操作GPIO的一位，必须做工作：
1. 在附近的文字池中取出GPIO地址，如GPIOA
2. 得到某控制寄存器，如GPIOA.xxx
3. 对GPIOA.xxx进行“位操作”,如&=~或|=

故ARM操作GPIO指令效率肯定不如MCU，这是天生的而非某厂家的不足。

新唐为了提高其访问GPIO的效率，简化了俺说的上述3条基本步骤，用寄存器替代位。
即用空间换速度。一个位就占用一个寄存器地址。
即一个GPIO的位将占用32位的ARM寄存器地址。

ARM快速操作GPIO的一位，必须改进工作：
1. 在附近的文字池中取出GPIO地址，如GPIOA
2. 得到某控制寄存器为某位，如GPIOA.bitxxx

特别注意标题的“指令效率”，假若在应用ARM远比MCU主频快，那么运行效率可能比MCU要快。

注意“指令效率”和“运行效率”的不同。前者菜农阐述了ARM通用带来的低下，后者倍频换取了提高。
例如MCU的主频（指令周期）一般在几兆以内，而ARM一般可以倍频到几十兆。
MCU访问一般需要一条指令几个指令周期，而ARM指令效率低下需要多条指令，但是由于速度快运行可能远远超过MCU。
特别注意，当ARM连续访问GPIO某寄存器的不同位时，由于只需在第1次访问时从文字池取寄存器地址外，编译器将会优化后面的连续访问，即不再需要在文字池取地址，
故访问速度要加快。即访问位的速度是不一样的。

大家可以看到:
MCU控制GPIO只需要一条指令几个字节(操作码+操作数)
ARM需要折腾半天才得到控制寄存器物理地址。

RedStar

不错                                                                                                                                                                       

RedStar

领教