- TCP/IP协议典型的优化原则和方法

循环

循环是程序设计中非常普遍的结构。在嵌入式系统中，微处理器执行时间在循环中运行的比例较大，因此关注循环的执行效率是非常必要的。除了在保证系统正确工作的前提下尽量简化核循环体的过程以外，正确和高效的循环结束标志条件也非常重要。按照以上所述的“与0比较”原则，程序中的循环结束条件应该是“减到0” 的循环，结束条件尽量简单。应尽可能在关键循环中采取上述的判断形式，这样可以在关键循环中省去一些不必要的比较语句，减少不必要的开销，提高性能。如下面二个示例：

fact1 和fact2中通过定义局部变量a来减少对n的load/store操作。fact2函数遵循了“与0比较”原则，省去了fact1编译结果中的比较指令，并且，变量n在整个循环过程不参与运算，也不需要保存。由于省去了寄存器分配，从而给其他部分程序的编译带来了方便，提高了运行效率。

“减到0”的方法同样适用于while和do语句。如果一个循环体只循环几次，可以用展开的方法提高运行效率。当循环展开后，不需要循环计数器和相关的跳转语句，虽然代码的长度有所增加，但是得到了更高的执行效率。

除法和求余

ARM 指令集中没有提供整数的除法，除法是由C语言函数库中的代码（符号型_rt_SDIv和无符号型的_rt_udiv）实现的。一个32位数的除法需要 20～140个周期，依赖于分子和分母的取值。除法操作所用的时间是一个时间常量乘每一位除法所需要的时间：

Time（分子/分母）=C0+C1×log2（分子/分母）

=C0+C1×（log2（分子）-log2（分母））

由于除法的执行周期长，耗费的资源多，程序设计中应当尽量避免使用除法。以下是一些避免调用除法的变通办法：

（1）在某些特定的程序设计时，可以把除法改写为乘法。例如：（x/y）>z，在已知y是正数而且y×z是整数的情况下，就可以写为x>（z×y）。

（2）尽可能使用2的次方作为除数，编译器使用移位操作完成除法，如128就比100更加适合。在程序设计中，使用无符号型的除法要快于符号型的除法。

（3）使用求余运算的一个目的是为了按模计算，这样的操作有时可以使用if的判断语句来完成，考虑如下的应用：

uiNTCounter1（uintcount）uintcounter2（uintcount）

{{return（++count`）；if（++count>=60）}count=0;

return（count）；}

（4）对于一些特殊的除法和求余运算，采用查找表的方法也可以获得很好的运行效果。

在除以某些特定的常数时，编写特定的函数完成此操作会比编译产生的代码效率高很多。ARM的C语言库中就有二个这样的符号型和无符号型数除以10的函数，用来完成十进制数的快速运算。在toolkit子目录的examplesexplaSMDiv.c和examplesthumbdiv.c文件中，有这二个函数的ARM和Thumb版本。

面向ARM的程序优化在嵌入式TCP/IP协议实现中的应用

笔者采用ATMEL公司的AT91RM9200微处理器，配合以太网物理层驱动芯片（DM9161）构建面向网络的嵌入式系统硬件平台，如图2所示。在此平台上，实现基于ARM微处理器的嵌入式TCP/IP协议处理。

基于ARM的嵌入式系统直接面向以太网数据，典型的以太网数据封装格式如图3所示。根据以上的优化方法，在变量定义时需要考虑最佳的存储器布局，使得各种类型的变量能以32位的空间位基准对齐，对于功能函数中参加运算的数据应尽量采用32位的数据进行处理。

嵌入式TCP/IP协议的实现通常采用Linux中的TCP/IP网络结构层次。TCP/IP协议实现网络层和控制层的ARP/RARP、IP、ICMP、 TCP、UDP等协议，直接为HTTP、SMTP、FTP、TELNET等这样的应用层协议提供支持。每个系统都需要具体定义应用层程序和协议软件之间的接口。

协议处理的一般流程如图4所示。协议处理过程中需要多次条件判断，对IP地址和TCP数据的校验和处理循环比较是无法避免的，因此可以充分利用“与0比较”的条件判断和“减到0”的循环来优化程序设计。