Die Konvertierung von C++-Code in ARM-Assembler kann die Leistung für spezifische, rechenintensive Aufgaben deutlich verbessern. Während das vollständige Umschreiben von Anwendungen in Assembler im Allgemeinen unpraktisch ist, kann die strategische Integration von Assemblercode in performancekritische Abschnitte erhebliche Geschwindigkeitsvorteile bringen. Diese Anleitung untersucht verschiedene Techniken zur Erreichung dieses Ziels, wobei der Schwerpunkt auf Praktikabilität und Best Practices liegt.
Inhaltsverzeichnis
- ARM-Assembler generieren mit GCC
- Externe Assemblerfunktionen verwenden
- ARM-Assembler generieren mit armclang
- Inline-Assembler (mit Vorsicht)
- Best Practices für die C++-zu-ARM-Assembler-Konvertierung
ARM-Assembler generieren mit GCC
Die GNU Compiler Collection (GCC) bietet robuste Cross-Compilation-Funktionen. Um ARM-Assemblercode aus Ihrer C++-Quelle zu generieren, verwenden Sie das Flag -S zusammen mit dem entsprechenden ARM-Cross-Compiler. Die Optimierungsstufe beeinflusst den generierten Assemblercode erheblich; höhere Stufen (z. B. -O2, -O3) führen oft zu komplexerem, aber potenziell schnellerem Code.
arm-linux-gnueabi-gcc -S -O2 myprogram.cpp -o myprogram.s
Ersetzen Sie arm-linux-gnueabi-gcc durch den richtigen Cross-Compiler für Ihre Zielarchitektur (z. B. aarch64-linux-gnu-gcc für 64-Bit-ARM). Die Ausgabedatei myprogram.s enthält die äquivalenten ARM-Assembleranweisungen.
Externe Assemblerfunktionen verwenden
Für komplexere Assemblerroutinen ist es oft sauberer, separate Assemblerdateien (typischerweise mit der Erweiterung .s) zu schreiben. Dies ermöglicht eine bessere Organisation und Wiederverwendbarkeit. Hier ist ein Beispiel für eine Modulo-Funktion, die in Assembler implementiert ist:
// C++-Code (main.cpp)
#include <iostream>
extern "C" int mod_asm(int a, int b);
int main() {
int result = mod_asm(10, 3);
std::cout << "Result: " << result << std::endl;
return 0;
}
// Assemblercode (mod_asm.s)
.global mod_asm
mod_asm:
udiv r0, r0, r1 @ a (r0) durch b (r1) dividieren
mls r0, r1, r0, r0 @ r1 und den Quotienten (r0) multiplizieren, von a (r0) subtrahieren - ergibt den Rest
bx lr @ Rückgabe
Kompilierung und Verknüpfung würden dann separate Schritte beinhalten:
arm-linux-gnueabi-gcc -c mod_asm.s -o mod_asm.o
arm-linux-gnueabi-gcc main.cpp mod_asm.o -o myprogram
ARM-Assembler generieren mit armclang
Der ARM-Compiler armclang bietet eine Alternative zu GCC. Die Verwendung ist ähnlich und verwendet das Flag -S für die Assemblergenerierung:
armclang -S -O2 myprogram.cpp -o myprogram.s
armclang erzeugt oft anderen Assemblercode als GCC, manchmal mit unterschiedlicher Optimierungswirksamkeit. Experimente können notwendig sein, um festzustellen, welcher Compiler für Ihre spezifischen Bedürfnisse bessere Ergebnisse liefert.
Inline-Assembler (mit Vorsicht)
Inline-Assembler, unter Verwendung compilerspezifischer Schlüsselwörter (z. B. __asm in GCC/Clang), ermöglicht das Einbetten kurzer Assembler-Schnipsel direkt in Ihren C++-Code. Dieser Ansatz ist jedoch deutlich weniger portabel und fehleranfälliger. Er sollte im Allgemeinen für sehr kleine, hochoptimierte Abschnitte reserviert werden, bei denen Portabilität keine große Rolle spielt. Die Syntax ist compilerabhängig und erfordert eine sorgfältige Konsultation der Compilerdokumentation.
Best Practices für die C++-zu-ARM-Assembler-Konvertierung
Bei der Konvertierung von C++ in ARM-Assembler sollten Sie diese Best Practices berücksichtigen:
- Zuerst profilieren: Identifizieren Sie Performance-Engpässe, bevor Sie optimieren. Raten Sie nicht, wo die langsamen Teile sind; verwenden Sie Profiling-Tools.
- Klein anfangen: Beginnen Sie mit kleinen, kritischen Codeabschnitten. Inkrementelle Änderungen sind einfacher zu verwalten und zu debuggen.
- Gründlich testen: Gründliche Tests sind entscheidend, um die Korrektheit und die Leistungsgewinne sicherzustellen.
- Wartbarkeit: Priorisieren Sie die Lesbarkeit und Wartbarkeit Ihres Assemblercodes. Verwenden Sie großzügig Kommentare.
- Die Architektur verstehen: Ein solides Verständnis der ARM-Architektur (Register, Befehlssatz, Speichermodell) ist unerlässlich für effektives Assembler-Programmieren.