14.2  除法运算

因为ARM体系结构本身并不包含除法运算硬件,所以在ARM上实现除法是十分耗时的。ARM指令集中没有直接提供除法汇编指令,当代码中出现除法运算时,ARM编译器会调用C库函数(有符合除法调用_rt_sdiv,无符合除法调用_rt_udiv),来实现除法操作。根据除数和被除数的不同,32bit的除法运算一般要占有20-140个指令周期。除法运算占用的指令周期,由下面公式计算。

 

Time(除数n / 被除数d)

= C0 + C1 * log2(除数n / 被除数d) =

= C0 + C1 * (log2(除数) -log2(被除数)).

 

为了避免在程序中出现除法操作,编程时尽量使用其他运算来代替除法操作。如,使用x>(z×y)来代替(x/y)>z。

 

另外,在无法避免的除法运算中,尽量使用无符合除法代替有符号除法。这是因为在ARM库函数中,无符合除法的运算速度要快于有符合除法。

 

下面章节将详细讨论如何在代码中提高除法运算的执行效率。

 

14.2.1  合并除法求余运算

ARM的除法运算库函数能同时返回运算的商和余数。

在一些同时需要商和余数的情况下,编译器将调用一次除法运算函数同时存储运算的商和余数。

 

下面是一个编译器调用除法库,同时存储运算的商和余数的例子。

源程序如下。

 

int combined_div_mod (int a, int b)

return (a / b) + (a % b);

}

 

下面是编译器编译出的汇编代码。

 

combined_div_mod

     STMDB sp!,{lr}

     MOV a3,a2

     MOV a2,a1

     MOV a1,a3

     BL __rt_sdiv

     ADD a1,a1,a2

     LDMIA sp!,{pc}

 

从上面的例子可以看出,调用一次除法运算,同时返回了商和余数。

 

14.2.2  使用2的整数次幂做除数

当2的整数次幂做除数时,编译器会自动将除法运算转换成移位运算。所以在编写程序算法时,尽量使用2的整数次幂做除数。

 

下面的例子显示了编译器对除法运算的自动优化。

源程序如下。

 

typedef unsigned int uint;

uint div16u (uint a)

{ return a / 16;

}

int div16s (int a)

{ return a / 16;

}

 

编译器的编译结果如下。

 

div16u

     MOV a1,a1,LSR #4

     MOV pc,lr

div16s

     CMP a1,#0

     ADDLT a1,a1,#&f

     MOV a1,a1,ASR #4

     MOV pc,lr

 

从上面的例子可以看出,无符号除法的运算速度快于有符号除法。

 

14.2.3  求余运算

为了避免在程序中使用除法运算,可以将一些典型的求余运算进行转换。下面的例子提供一种转换方法。

 

uint counter1 (uint count)

{ return (++count % 60);

}

 

转换成,

 

uint counter2 (uint count)

{ if (++count >= 60)

count = 0;

return (count);

}

 

下面是两个功能函数编译后的汇编代码。

 

counter1

     STMDB sp!,{lr}

     ADD a2,a1,#1

     MOV a1,#&3c

     BL __rt_udiv

     MOV a1,a2

     LDMIA sp!,{pc}

counter2

     ADD a1,a1,#1

     CMP a1,#&3c

     MOVCS a1,#0

     MOV pc,lr

 

上面的例子清晰的显示了使用if语句代替除法运算后,代码的执行效率有很大提高。

 

14.2.4  除数是常数的除法

因为除法和模运算执行起来比较慢,所以应该尽可能地避免使用。但是除数是常数的除法运算和用同一个除数的重复除法,执行效率会比较高。在ARM的除法库中,存在除数为10的除法运算库,其中包括有符号除法和无符号除法。如果除数是10以外的其他常数,用户可以编写自己的功能函数。ARM的开发工具集中,提供了关于除数是常数的示例程序和算法分析,以供用户编写自己的代码时参考。