ARM中用乘法代替除法的优化

　　ARM在硬件上不支持除法指令，编译器是通过调用C库函数来实现除法运算的，有许多不同类型的除法程序来适应不同的除数和被除数。但直接利用C库函数中的标准整数除法程序，根据执行情况和输入操作数的范围，要花费20～100个周期，消耗较多的软件运行时间。在实时嵌入式应用中，对时间参数较为敏感，故可以考虑如何优化避免除法消耗过多的CPU运行时间。

　　除法和模运算(/和%)执行起来比较慢，所以应尽量避免使用。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中，可以利用单条MUL指令实现乘法操作。本文将阐述如何用乘法运算代替除法运算，以及如何使除法的次数最少化。

　　1 避免除法运算

　　在非嵌入式领域，因为CPU运算速度快、存储器容量大，除法操作通常都是不加考虑直接使用的。但在嵌入式领域，首先需要考虑的是这些除法操作是否是必须的。以对环形缓冲区操作为例，经常要用到除法，其实完全可以避免这些除法运算。

　　

 

　　假定有一个buffer_size大小的环形缓冲区，如图1所示，offset指定目前所在的位置。通过increment字节来增加offset的值，一般是这样写的：

　　0ffset=(Offset+increment)%buffer_size;

　　效率更高的写法是：

　　offset+=increment;

　　if(offset>=buffer_size){

　　offset-=buffer_size;

　　}

　　第一种写法要花费50个周期，而第二种因为没有除法运算，只须花费3个周期。这里假定increment

　　如果不能避免除法运算，那么就应尽量使除数和被除数是无符号的整数。有符号的除法程序执行起来更加慢，因为它们先要取得除数和被除数的绝对值，再调用无符号除法运算，最后再确定结果的符号。

　　2 充分利用商和余数

　　许多C语言库中的除法函数返回商和余数。换句话说，每一个除法运算，余数是可以无偿得到的，反之亦然。例如，要在屏幕缓冲区找到偏移量为offset的屏幕位置(x，y)，可以这样写：

　　typeclef struct{

　　int x;

　　int y;

　　}point;

　　point getxy_v1(unsigned int offset，unsigned int bytes_per_line){

　　point p;

　　p.y=offset/lt)ytes_per_line;

　　p.x=offset - p.y* bytes_per_line;

　　return p;

　　}

　　这里，似乎对p.x使用减法和乘法，少了一次除法运算;但是，实际上使用模运算或者取余操作效率更高，对getxy_v1改进如下：

　　point getxy_v2(unsigned int offset，unsigned int bytes_per_line){

　　point P;

　　P.x=offset%bytes_per_1ine;

　　P.y=offset/bytes_per_line;

　　return P;

　　}

　　从下面编译器的输出结果可以看到，只有一次除法调用。实际上，这个程序要比前面的getxy_vl少4条指令(注意，并不是对所有的编译器和C库都有这样的结果)。

　　getxy_v2

　　STMFD r13!，{r4，r14};保存r4，lr人堆栈

　　MOV r4，r0 ;赋值后r4保存的为点P基址

　　MOV r0，r2 ;r0=bytes_per_line

　　BL rt_udiv ;调用无符号除法例程

　　(r0.;r1)=(rl/r0，rl%r0)

　　STR r0，[r4，#4] ;P.y=offset/bytes_per_line

　　STR rl，[r4，#o] ;P.x=offset%bytes_per_line

　　LDMFD r13!，(r4，pc);恢复上下文，返回