Оптимизация алгоритма на С, вопрос к знатокам компиляторов Опции

[singlskv]

Есть два варианта функции вычисления CRC:

Код

unsigned char code[8]={0x01,0xd0,0x5e,0x3c,0x0d,0x00,0x00,0x84};

unsigned char crc8_1(unsigned char *buff,unsigned char num)
{
    unsigned char i=0,j,tmp,data,crc=0;
    for (i=0;i<num;i++) {
        data=*buff++;
        for (j=0;j<8;j++) {
            tmp=1&(data^crc);
            crc>>=1;
            data>>=1;
            if (tmp!=0) crc^=0x8c;
        }
    }
    return crc;
}

unsigned char crc8_2(unsigned char *buff,unsigned char num)
{
    unsigned char i=num,j,tmp,data,crc=0;
    for (;i>0;i--) {
        data=*buff++;
        for (j=8;j>0;j--) {
            tmp=1&(data^crc);
            crc>>=1;
            data>>=1;
            if (tmp!=0) crc^=0x8c;
        }
    }
    return crc;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    unsigned char crc_;
    crc_=crc8_1(code,7);
    crc_=crc8_2(code,7);
    return 0;
}

Как видно из рисунка, это собственно один и тот же алгоритм.
Но, при компиляции под WinAVR(gcc), при любом уровне оптимизации, второй
вариант работает на 10-15% быстрее.
Собственно вопрос: а есть ли компилятор который может скомпилировать
эти две(одинаковых!) функции в одинаковый(быстрый) код ?

[vet]

Скомпилировал в IAR 4.11A два цикла for с инкрементом от 0 до 8 и декрементом от 8 до 0, макс.оптимизация по скорости. Код одинаков.

Код

        RSEG CODE:CODE:NOROOT(1)
//    3 void main() {
main:
//    4 char i;

//    5   for (i=0;i<8;i++) {
        LDI    R16, 8
//    6     asm("nop");
??main_0:
        nop
//    7   }
        DEC    R16
        BRNE    ??main_0

//    8   for (i=8;i;i--) {
        LDI    R16, 8
//    9     asm("nop");
??main_1:
        nop
//   10   }
        DEC    R16
        BRNE    ??main_1

//   11 }
        RET

Выкладываю листинг компиляции вышеприведённого исходника:

Код

        RSEG CODE:CODE:NOROOT(1)
//    3 unsigned char crc8_1(unsigned char *buff,unsigned char num)
crc8_1:
//    4 {
//    5     unsigned char i=0,j,tmp,data,crc=0;
        LDI    R21, 0
//    6     for (i=0;i<num;i++) {
        LDI    R20, 0
        RJMP    ??crc8_1_0
//    7         data=*buff++;
??crc8_1_1:
        MOVW    R31:R30, R17:R16
        LD    R23, Z+
        MOVW    R17:R16, R31:R30
//    8         for (j=0;j<8;j++) {
        LDI    R19, 8
//    9             tmp=1&(data^crc);
??crc8_1_2:
        MOV    R0, R23
        BST    R0, 0
        CLR    R0
        BLD    R0, 0
        MOV    R22, R21
        ANDI    R22, 0x01
        EOR    R22, R0
        ANDI    R22, 0x01
//   10             crc>>=1;
        LSR    R21
//   11             data>>=1;
        LSR    R23
//   12             if (tmp!=0) crc^=0x8c;
        TST    R22
        BREQ    ??crc8_1_3
        LDI    R22, 140
        EOR    R21, R22
//   13         }
??crc8_1_3:
        DEC    R19
        BRNE    ??crc8_1_2
//   14     }
        INC    R20
??crc8_1_0:
        CP    R20, R18
        BRCS    ??crc8_1_1
//   15     return crc;
        MOV    R16, R21
        RET
//   16 }
//   17

        RSEG CODE:CODE:NOROOT(1)
//   18 unsigned char crc8_2(unsigned char *buff,unsigned char num)
crc8_2:
//   19 {
//   20     unsigned char i=num,j,tmp,data,crc=0;
        MOV    R19, R18
        LDI    R20, 0
        RJMP    ??crc8_2_0
//   21     for (;i>0;i--) {
//   22         data=*buff++;
??crc8_2_1:
        MOVW    R31:R30, R17:R16
        LD    R22, Z+
        MOVW    R17:R16, R31:R30
//   23         for (j=8;j>0;j--) {
        LDI    R18, 8
//   24             tmp=1&(data^crc);
??crc8_2_2:
        MOV    R23, R22
        ANDI    R23, 0x01
        MOV    R21, R20
        ANDI    R21, 0x01
        EOR    R21, R23
        ANDI    R21, 0x01
//   25             crc>>=1;
        LSR    R20
//   26             data>>=1;
        LSR    R22
//   27             if (tmp!=0) crc^=0x8c;
        TST    R21
        BREQ    ??crc8_2_3
        LDI    R21, 140
        EOR    R20, R21
//   28         }
??crc8_2_3:
        DEC    R18
        BRNE    ??crc8_2_2
//   29     }
        DEC    R19
??crc8_2_0:
        TST    R19
        BRNE    ??crc8_2_1
//   30     return crc;
        MOV    R16, R20
        RET
//   31 }
//   32

Во второй функции компилятор решил задачу по-другому, но накладные расходы на цикл одинаковы в обеих функциях.

Сообщение отредактировал vet - Aug 24 2006, 10:37

[Old1]

Скомпилировал в IAR 4.11A два цикла for с инкрементом от 0 до 8 и декрементом от 8 до 0, макс.оптимизация по скорости. Код одинаков.
...

Но если поставить оптимизацию по объему кода, то появляется тот эффект о котором писал автор, функция с циклом с декрементом выполняется быстрее. (Я обычно использую оптимизацию по объему, и когда спрашивал упустил, что автора интересует максимальная скорость.)

[µµC]

Но если поставить оптимизацию по объему кода, то появляется тот эффект о котором писал автор, функция с циклом с декрементом выполняется быстрее.

Человек явно ищет идеальный компилятор, а их, как известно, в природе не бывает. От программиста требуется хорошо знать какой будет код в какой ситуации, "чувствовать селезенкой", "заставлять" компилятор быть эффективным. Например:

Код

U8 CRC8_1 (U8 val, U8 crc)
{
  U8 tmp;
  U8 i = 8;
  do {
    tmp = (val ^ crc) & 0x01;
    crc >>= 1;
    val >>= 1;
    if (tmp != 0) crc ^= 0x8c;
  } while (--i);
  return crc;
}

U8 CRC8_1 (U8 val, U8 crc)
{
  U8 tmp;
  U8 i = 8;
  do {
    tmp = (val ^ crc);
    crc >>= 1;
    val >>= 1;
    if (tmp & 0x01) crc ^= 0x8c;
  } while (--i);
  return crc;
}

154 цикла к 122. А, казалось бы, от перемены мест ...

[singlskv]

Человек явно ищет идеальный компилятор, а их, как известно, в природе не бывает.

Лучший компилятор это человек.
на ASM у меня получилось 530 тактов:

Код

crc8:    ;Input: X - buffer; r17 - number of bytes    
    ;Output: r16 = CRC

    ldi    r16,0    ;CRC
    ldi    r20,0x8c
crc8_1:
    ld    r18,X+
    ldi    r19,8
crc8_2:
    lsr    r16
    brbc    0,crc8_3
    eor    r16,r20
crc8_3:
    sbrc    r18,0
    eor    r16,r20
    lsr    r18
crc8_4:
    dec    r19
    brne    crc8_2
    dec    r17
    brne    crc8_1

    ret

НО, надо отдать должное WinAVR(gcc)

ИТОГО:

Код

                    CRC8_1    CRC8_2
WinAVR(-o1)        620           556
WinAVR(-o2)        620           556
WinAVR(-o3)        606           544

IAR                986           774

ASM                       530

У WinAVR(-o3) удалось украсть всего 14 тактов, то есть по 2 такта на основной цикл.
Приятно удививший результат

А с IAR просто какая-то лабудень, возможно Вы vet там чего-то не то указали при
оптимизации?

[_Bill]

Человек явно ищет идеальный компилятор, а их, как известно, в природе не бывает.

Лучший компилятор это человек.
на ASM у меня получилось 530 тактов:

Код

crc8:;Input: X - buffer; r17 - number of bytes    
;Output: r16 = CRC

    ldi    r16,0;CRC
    ldi    r20,0x8c
crc8_1:
    ld    r18,X+
    ldi    r19,8
crc8_2:
    lsr    r16
    brbc    0,crc8_3
    eor    r16,r20
crc8_3:
    sbrc    r18,0
    eor    r16,r20
    lsr    r18
crc8_4:
    dec    r19
    brne    crc8_2
    dec    r17
    brne    crc8_1

    ret

НО, надо отдать должное WinAVR(gcc)

ИТОГО:

Код

                    CRC8_1    CRC8_2
WinAVR(-o1)        620           556
WinAVR(-o2)        620           556
WinAVR(-o3)        606           544

IAR                986           774

ASM                       530

У WinAVR(-o3) удалось украсть всего 14 тактов, то есть по 2 такта на основной цикл.
Приятно удививший результат

А с IAR просто какая-то лабудень, возможно Вы vet там чего-то не то указали при
оптимизации?

Вся проблема в том, что компилятор использует определенные соглашения по передаче параметров и использованию регистров. Ваша функция под соглашения, принятые, например, в IAR, не попадает. Для стыковки с Си-шными функциями ее потребуется изменить с принятыми в компиляторе соглашениями. А это приведет к увеличению и размера кода, и увеличением времени его выполнения.

Сообщение отредактировал _Bill - Aug 25 2006, 11:33

[singlskv]

Человек явно ищет идеальный компилятор, а их, как известно, в природе не бывает.

Лучший компилятор это человек.
на ASM у меня получилось 530 тактов:

Код

crc8:;Input: X - buffer; r17 - number of bytes    
;Output: r16 = CRC

    ldi    r16,0;CRC
    ldi    r20,0x8c
crc8_1:
    ld    r18,X+
    ldi    r19,8
crc8_2:
    lsr    r16
    brbc    0,crc8_3
    eor    r16,r20
crc8_3:
    sbrc    r18,0
    eor    r16,r20
    lsr    r18
crc8_4:
    dec    r19
    brne    crc8_2
    dec    r17
    brne    crc8_1

    ret

НО, надо отдать должное WinAVR(gcc)

ИТОГО:

Код

                    CRC8_1    CRC8_2
WinAVR(-o1)        620           556
WinAVR(-o2)        620           556
WinAVR(-o3)        606           544

IAR                986           774

ASM                       530

У WinAVR(-o3) удалось украсть всего 14 тактов, то есть по 2 такта на основной цикл.
Приятно удививший результат

А с IAR просто какая-то лабудень, возможно Вы vet там чего-то не то указали при
оптимизации?

Вся проблема в том, что компилятор использует определенные соглашения по передаче параметров и использованию регистров. Ваша функция под соглашения, принятые, например, в IAR, не попадает. Для стыковки с Си-шными функциями ее потребуется изменить с принятыми в компиляторе соглашениями. А это приведет к увеличению и размера кода, и увеличением времени его выполнения.

Человек явно ищет идеальный компилятор, а их, как известно, в природе не бывает.

Лучший компилятор это человек.
на ASM у меня получилось 530 тактов:

Код

crc8:;Input: X - buffer; r17 - number of bytes    
;Output: r16 = CRC

    ldi    r16,0;CRC
    ldi    r20,0x8c
crc8_1:
    ld    r18,X+
    ldi    r19,8
crc8_2:
    lsr    r16
    brbc    0,crc8_3
    eor    r16,r20
crc8_3:
    sbrc    r18,0
    eor    r16,r20
    lsr    r18
crc8_4:
    dec    r19
    brne    crc8_2
    dec    r17
    brne    crc8_1

    ret

НО, надо отдать должное WinAVR(gcc)

ИТОГО:

Код

                    CRC8_1    CRC8_2
WinAVR(-o1)        620           556
WinAVR(-o2)        620           556
WinAVR(-o3)        606           544

IAR                986           774

ASM                       530

У WinAVR(-o3) удалось украсть всего 14 тактов, то есть по 2 такта на основной цикл.
Приятно удививший результат

А с IAR просто какая-то лабудень, возможно Вы vet там чего-то не то указали при
оптимизации?

Вся проблема в том, что компилятор использует определенные соглашения по передаче параметров и использованию регистров. Ваша функция под соглашения, принятые, например, в IAR, не попадает. Для стыковки с Си-шными функциями ее потребуется изменить с принятыми в компиляторе соглашениями. А это приведет к увеличению и размера кода, и увеличением времени его выполнения.

такты я считал по возможности честно, т.е. не учитывая такты потраченные на передачу
параметров.
А мой ASM код можно легко переписать под нужные регистры.
Да и разница в тактах что-то великовата, что бы ее объяснять только передачей
параметров.

Сообщение отредактировал singlskv - Aug 25 2006, 11:39

[_Bill]

такты я считал по возможности честно, т.е. не учитывая такты потраченные на передачу
параметров.
А мой ASM код можно легко переписать под нужные регистры.

Не сомневаюсь, но код все равно получится длиннее. И, опять же, если Вы используете свои собственные соглашения по передаче параметров и использованию регистров в ваших модулях на ассемблере, то Вы будете вынуждены писать Ваши функции в соответствии с принятыми Вами соглашениями. А это неизбежно приведет к увеличению кода аналогично тому, как это делается компилятором.
В свое время я написал небольшой опус на эту тему. К сожалению, он и сейчас далек от завершения.

[singlskv]

такты я считал по возможности честно, т.е. не учитывая такты потраченные на передачу
параметров.
А мой ASM код можно легко переписать под нужные регистры.

В свое время я написал небольшой опус на эту тему. К сожалению, он и сейчас далек от завершения.

Несколько месяцев назад прочитал Ваш опус, очень понравилось
Так что Вас можно считать идейным вдохновителем данного топика

Не сомневаюсь, но код все равно получится длиннее. И, опять же, если Вы используете свои собственные соглашения по передаче параметров и использованию регистров в ваших модулях на ассемблере, то Вы будете вынуждены писать Ваши функции в соответствии с принятыми Вами соглашениями. А это неизбежно приведет к увеличению кода аналогично тому, как это делается компилятором.

Вот код для IAR (если я ничего не напутал):

Код

crc8iar:            ;Input: r17:r16 buffer; r18 - number of bytes    
                    ;Output: r16 = CRC

        movw    r31:r30,r17:r16
        ldi        r16,0            ;CRC
        ldi        r19,0x8c
crc8iar_1:
        ld        r20,Z+
        ldi        r21,8
crc8iar_2:
        lsr        r16
        brbc    0,crc8iar_3
        eor        r16,r19
crc8iar_3:
        sbrc    r20,0
        eor        r16,r19
        lsr        r20
crc8iar_4:
        dec        r21
        brne    crc8iar_2
        dec        r18
        brne    crc8iar_1

        ret

Добавилась всего одна инструкция:

Код

        movw    r31:r30,r17:r16