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RMW对 STM32F7xx内核运行速度影响的分析

管理员
2017-03-26 19:52:18     打赏

前言

在客户使用基于Cortex-M7内核的STM32F7xx实际测试中,发现同等主频下基于Cortex-M4内核的STM32F4xx芯片执行同样一段简单程序在时间上还要快于STM32F7xx。这个会影响到客户切换到STM32F7xx的信心,也对ST以及ARM宣传上Cortex-M7内核执行时间远快于Cortex-M4内核的说法提出质疑,本文将针对具体案例分析这一情况的产生以及解决办法。


问题描述

客户测试复杂程序运行时间,比如同样180MHz主频下,STM32F7xx执行Coremark测试程序时间远小于STM32F4xx的执行时间;也就是STM32F7xx的性能更佳,运算执行效率更好。但当客户顺序执行程序,尤其是简单程序时发现STM32F7xx执行时间大于STM32F4xx的执行时间,比如运行下面的同样的测试代码,就有明显差距:


volatile uint16_t i;

static volatile uint16_t j = 0;

i = 0;

while(i<300)

{

i++;

}

if(j < 100)

{

j ++;

}

else

{

j = 0;

}


为方便量化时间,使用Timer2计数方式对这段时间进行计数,Timer2运行在90MHz,向上计数,Test_Counter数据用于输出计数数值,增加后代码如下:


volatile uint16_t i;

static volatile uint16_t j = 0;

TIM2->CNT = 0;

__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);

i = 0;

while(i<300)

{

i++;

}

if(j < 100)

{

j ++;

}

else

{

j = 0;

}

__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);

Test_Counter = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);


通过上面的修改后测试下来,Test_Counter数据分别为:

STM32F446 数据为 1543

STM32F746 数据为 1836

如果使用Keil自带的States cycles计算方法得到如下数据,后面会按照这个来计算执行时间数据。

STM32F446 数据为 3009

STM32F746 数据为 3635

原因分析:

上面的测试都是在使用了Cache以及ART加速方法测得,如果针对STM32F7xx的性能优化可以参考AN4667 "STM32F7 Series systemarchitecture and performance"这篇应用文档的描述,本例已经对文档描述部分做过优化,但问题依然是STM32F7xx速度慢于STM32F4xx。两颗芯片运行同样代码,比较两颗芯片汇编代码也是相同的:

LDRH r2,[sp,#0x00]

ADDS r2,r2,#1

STRH r2,[sp,#0x00]

LDRH r2,[sp,#0x00]

CMP r2,r3

BCC 0x00000128

通过查看ARM Cortex-M7内核文档发现下面描述:

反映到本例中发现定义的i数据为16-bit数据,同样也在汇编代码上发现了STRB这个汇编代码;这样在RMW(read-modify-write)机制下,当定义为byte以及half-word数据时将有一个先读取数据,修改后再写入数据的过程,这个读取-修改-写入的过程正是能够影响到内核执行效率的问题点,如果定义为32-bit就避免了这个问题的发生。

问题解决:

按照文档说明,我们将16-bit定义数据,改为32-bit的定义数据,即:

volatile uint32_t i;

static volatile uint16_t j = 0;

生成的汇编代码如下:

LDR r0,[sp,#0x00]

ADDS r0,r0,#1

STR r0,[sp,#0x00]

CMP r0,r1

BCC 0x08001F28


测试下来结果如下:

STM32F446 数据为 2102

STM32F746 数据为 1807

可以看到不管是STM32F4xx还是STM32F7xx,当数据定义为32-bit时都有显著的速度提升,当然STM32F7xx的提升更加明显,同样测试条件下STM32F7xx执行时间小于STM32F4xx的执行时间。


因为32-bit数据定义会增加内存,并且有时候定义为byte或halfword更方便,还需要提升速度的话我们看到同样是内核文件给出的说明,可以将RMW机制屏蔽掉:

实际上就是对CM7_DTCMCR寄存器的第1位写0,即可以在程序中有下面的操作:

__IO uint32_t * DTCM_CR =(uint32_t*)(0xE000EF94);

* DTCM_CR &= 0xFFFFFFFD; /* Disable read-modify-write */

禁止RMW后测试下来数据如下:

16-bit定义数据STM32F746 测试cycles数据为 3022

32-bit定义数据STM32F746 测试cycles数据为 1808

可以对比上面的测试数据也可以看到当禁止RMW后STM32F7xx性能也是优于STM32F4xx的。具体测试数据如下:

结论:

需要提升STM32F7xx执行时间,发挥出最大效能时,请参考AN4667,同时需要注意RMW对内核性能发挥的影响。




关键词: STM32F7xx     内核     速度     分析     测试    

专家
2017-03-27 09:44:00     打赏
2楼
不明觉厉,建议代码用“插入程序代码”

专家
2017-03-27 12:41:50     打赏
3楼
不错的经验分享。

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