Будет ли бесконечный цикл внутри loop() работать быстрее?

Question

Будет ли бесконечный цикл внутри loop() работать быстрее?

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.