Будет ли бесконечный цикл внутри loop() работать быстрее?

Question

Будет ли бесконечный цикл внутри loop() работать быстрее?

programming avr-gcc performance

Когда вы пишете типичный скетч, вы обычно полагаетесь на повторный вызов loop(), пока работает Arduino. Однако вход и выход из функции loop() должен привести к небольшим накладным расходам.

Чтобы избежать этого, вы могли бы создать свой собственный бесконечный цикл, например:

void loop()
{
    while (true)
    {
        // делаем что-то...
    }
}

Это действенный способ повысить производительность? Не вызовет ли это других проблем, если loop() никогда не вернется?

@Peter Bloomfield, 👍21

2 ответа

Лучший ответ:

▲ 6

Ответ Cybergibbons довольно хорошо описывает генерацию ассемблерного кода и различия между двумя методами. Это должно быть дополнительным ответом, рассматривающим проблему с точки зрения практических различий, т. е. насколько тот или иной подход будет иметь значение с точки зрения времени выполнения.. р>

Варианты кода

Я провел анализ, включающий следующие варианты:

Базовый void loop() (который встраивается при компиляции)
Не встроенный void loop() (с использованием __attribute__ ((noinline)))
Цикл с while(1) (который оптимизируется)
Зациклить с неоптимизированным while(1) (путем добавления __asm__ __volatile__("");. Это инструкция nop, которая предотвращает оптимизацию цикла без дополнительных накладных расходов на переменную volatile)
Не встроенный void loop() с оптимизированным while(1)
Не встроенный void loop() с неоптимизированным while(1)

Скетчи можно найти здесь.

Эксперимент

Я запускал каждый из этих скетчей в течение 30 секунд, тем самым накапливая по 300 точек данных. В каждом цикле был вызов delay на 100 миллисекунд (без которого случаются плохие вещи) .

Результаты

Затем я рассчитал среднее время выполнения каждого цикла, вычел из каждого 100 миллисекунд и нанес результаты на график.

http://raw2.github.com/AsheeshR/Arduino -Loop-Analysis/master/Рисунки/timeplot.png

Заключение

Неоптимизированный цикл while(1) внутри void loop работает быстрее, чем оптимизированный компилятором void loop.
Разница во времени между неоптимизированным кодом и кодом, оптимизированным для Arduino по умолчанию, незначительна практически. Вам будет лучше компилировать вручную с помощью avr-gcc и использовать свои собственные флаги оптимизации, а не полагаться на помощь Arduino IDE (если вам нужна микросекундная оптимизация).

_{ПРИМЕЧАНИЕ: Фактические значения времени здесь не имеют значения, важна разница между ними. Время выполнения ~90 микросекунд включает вызов Serial.println, micros и delay.}

_{ПРИМЕЧАНИЕ 2: это было сделано с помощью среды разработки Arduino IDE и флагов компилятора по умолчанию, которые она предоставляет.}

_{ПРИМЕЧАНИЕ 3: анализ (график и расчеты) был выполнен с использованием R.}

22 фев 14, @asheeshr

Хорошая работа. График имеет миллисекунды, а не микросекунды, но это не большая проблема., @Cybergibbons

@Cybergibbons Это маловероятно, так как все измерения в микросекундах, и я нигде не менял масштабы :), @asheeshr

@*Cybergibbons* · Accepted Answer · 2014-02-21 16:43-00:00

Часть кода ядра ATmega, которая выполняет setup() и loop(), выглядит следующим образом:

#include <Arduino.h>

int main(void)
{
        init();

#if defined(USBCON)
        USBDevice.attach();
#endif

        setup();

        for (;;) {
                loop();
                if (serialEventRun) serialEventRun();
        }

        return 0;
}

Довольно просто, но есть накладные расходы на функцию serialEventRun(); там.

Давайте сравним два простых скетча:

void setup()
{

}

volatile uint8_t x;

void loop()
{

    x = 1;

}

и

void setup()
{

}

volatile uint8_t x;

void loop()
{
    while(true)
    {
        x = 1;
    }
}

Значки x и volatile нужны только для того, чтобы гарантировать, что он не будет оптимизирован.

В произведенном ASM вы получите другие результаты: Сравнение двух

Вы можете видеть, что while(true) просто выполняет rjmp (относительный переход) назад на несколько инструкций, тогда как loop() выполняет вычитание, сравнение и вызов. Это 4 инструкции против 1 инструкции.

Чтобы сгенерировать ASM, как указано выше, вам нужно использовать инструмент под названием avr-objdump. Это включено в avr-gcc. Расположение зависит от ОС, поэтому проще всего найти его по имени.

avr-objdump может работать с файлами .hex, но в них отсутствуют исходный код и комментарии. Если вы только что создали код, у вас будет файл .elf, содержащий эти данные. Опять же, расположение этих файлов зависит от ОС. Самый простой способ найти их — включить подробную компиляцию в настройках и посмотреть, где хранятся выходные файлы.

Выполните команду следующим образом:

avr-objdump -S output.elf > asm.txt

И проверьте вывод в текстовом редакторе.