關于ARM指令

英創公司開發的基于WEC7的工控主板目前包括3種型號：

在使用英創的WEC7主板時，用戶需要使用Visual Studio 2008（簡稱VS2008）來開發其應用程序。盡管Cortex-A8和Cortex-A9處理器均支持性能更高的ARMv7指令集，但微軟在VS2008中所仍然使用ARMv4i指令集的通用arm編譯器（編譯器版本號為：15.00.20720）。而A8、A9處理器所帶的矢量浮點處理器（Vector Float-Point Processor）都需要在ARMv7指令下才能正常啟動運行。換句話說，在ARMv4i指令集下，對浮點的處理仍然是采用軟件仿真包來實現，而沒有用到高端ARM處理器自帶的硬件浮點處理器。這對涉及大量浮點處理應用的客戶來說是很遺憾的事。

本文將以ESM3354為測試平臺，介紹在現有VS2008基礎上實現硬件浮點處理的方法。

編譯器及SDK的準備

我們為需要浮點處理的客戶準備了ARMv7編譯工具以及基于ARMv7工具的SDK，具體如下表所示：

客戶需要首先安裝新的AMRv7的SDK，ARMv7的SDK與原來的ARMv4i的SDK是獨立并行的，并不需要卸載原來的SDK。安裝完成后，再把ARMv7編譯器工具包解壓到本地硬盤上，例如D:\ms-armv7-compiler。

建立測試程序1

打開VS2008，建立測試程序3354_armv7_t1，平臺（platform）選擇ESM335XARMV7SDK，用戶可以看到其指令集顯示為armv7：

點擊，選擇Console Application，

最后點擊，進入代碼窗口。以下是測試的完整代碼，客戶可拷貝粘貼到所生成的代碼窗口區域中。

// 3354_armv7_t1.cpp : Defines the entry point for the console application.

//

#include"stdafx.h"

int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[])

{

doublef1 = 2.200002;

doublef2 = 2.200001;

doubleans = 1.0;

longiterations = 5 * 1000 * 1000;

DWORDdwStartTick, dwEndTick;

_tprintf(TEXT("Microsoft compiler version: %d\r\n"),_MSC_FULL_VER);

_tprintf(TEXT("ARM instruction set: %d\r\n"),_M_ARM);

if(argc > 1)

{

f1 = _wtof(argv[1]);

}

if(argc > 2)

{

f2 = _wtof(argv[2]);

}

if(argc > 3)

{

iterations = _wtoi(argv[3]) * 1000 * 1000;

}

dwStartTick = GetTickCount();

wprintf(L"f1=%f f2=%f loop=%d starting...%d\r\n", f1, f2, iterations, dwStartTick);

for(inti=0; i

{

ans *= f1;

ans /= f2;

}

dwEndTick = GetTickCount();

wprintf(L"ans = %f %d loop/msec end...%d\r\n", ans, (int)(iterations/(dwEndTick - dwStartTick)), dwEndTick);

return0;

}

設置編譯器路徑

準備好測試程序后，首先需要把ARMv7編譯器加入到VS2008中，具體設置方法是在菜單欄中選擇 Tools -> Options -> Projects and Solutions -> VC++ Directories，然后選擇頁面的Platform欄目中選擇ESM335XARMV7SDK(ARMv7)，最后在路徑欄目中添加新路徑如下：

編譯器路徑設置，對一個平臺只需要設置一次。也就是對本機說，當創建其他基于ESM335XARMV7SDK的應用程序時，都不需要再重復設置編譯器路徑了。

設置應用程序編譯鏈接選項

從工具欄點擊Project -> Properties -> C/C++ -> Command Lines，添加ARMv7指令選項以及浮點處理選項：“/QRarch7 /QRfpe- /arch:VFPv3-D32”如下：

各個選項的功能微軟的大致解釋如下：

●/QRarch7// -> ARMv7 Architecture

●/QRfpe-// -> Enable Hardware Floating-Point Targeting (Compact 7)

●/arch:VFPv3-D32// -> 使用VFP內部的32個64位寄存器

由于ARMv7編譯器并不知道VS2008的基本環境庫路徑，也需要通過菜單添加：Project -> Properties -> Linker -> General，在Additional Library Directories欄加入：

“C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\ce\lib\armv4i”

設置的界面為：

設置完成后，就可Build測試程序，并下載至目標板上運行。該測試程序在ESM335x和EM335x兩個系列的主板上均可正常運行：

這里“19455 loop/msec”表示每ms的循環次數，是反應計算能力的主要參數。

測試結果比較

按構造上述測試程序的方法，可方便地構造一個使用VS2008缺省編譯器（ARMv4i）的t1程序，以進行比較。進一步地，我們在t1主循環中增加一行超越函數計算，構成測試程序t2：

for(inti=0; i

{

ans *= f1;

ans /= f2;

ans = cos(ans); //t2新加代碼

}

為了更全面比較測試結果，我們還在Linux版本上運行相同測試程序，進行編譯器的橫向對比。

整個測試的綜合結果如下表所示：

上表的改進欄目中是ARMv7運行速度相對ARMv4i速度的倍數，括號內為提高的百分比。測試程序t1評估的是常規的浮點計算，使能VFP后，是有明顯改進的；而且Linux版本的相對改進更大。但加入超越函數后，VFP的硬件優勢就幾乎全部喪失了。我們理解ARM的VFP與傳統x86的協處理器（Co-processor）在對超越函數的處理上還是差別很大的，基本上還是采用多項式級數來合成的，本來設置VFP的主要目的也是面向數字濾波、圖形處理這類以乘加為主要特色的浮點處理，對數學超越函數的處理確實不在行。

小結

對需要大量使用乘加類型浮點處理的應用，采用本文的方法啟動ARMv7指令及VFP浮點處理器，是能夠大大改善應用程序的性能的。對超越函數的處理，需要轉換成表格方式處理，而規避直接的計算，以保持程序總的處理性能。

微軟在VS2008配置的ARMv4i編譯器，其性能明顯優于Linux平臺中使用的開源GCC編譯器，估計這也是微軟保留這款編譯器的原因之一。關于ARMv7指令相對ARMV4i指令的性能比較，第三方公司已做詳細測試，感興趣的客戶可向英創索取相關文檔。

有需求客戶可向英創索取ARMv7編譯器以及相應的SDK，英創公司的技術支持郵箱為：support@emtronix.com。

點此閱讀第三方測試報告：Building WEC7 application with ARMv7 compiler - TI Benchmark。