嵌入式軟件開發(fā)：分析代碼性能如何影響 ROI和TCO

在上文《嵌入式軟件開發(fā)的十二大基本要素（一）：代碼質(zhì)量》中，我們分析了代碼體積如何具體影響投資回報(bào)率（ROI）和總擁有成本（TCO）。

本文為白皮書系列第二部分，講分析代碼性能如何影響 ROI和TCO。

應(yīng)用的性能如何影響 BOM（物料清單）？使用 IAR Embedded Workbench與基于 GCC 的工具相比，能期望有多大的性能提升？

圖表1：性能 (Coremarks) 對比代碼體積（閃存）

顯然，CoreMark 基準(zhǔn)是一個(gè)很好的參考，因?yàn)樗噲D納入開發(fā)人員做的一些更常見的事情，如矩陣操作、CRC 計(jì)算、列表處理（包括查找和排序）等等。因此，它為你提供了一個(gè)關(guān)于編譯器能做什么的“真實(shí)世界”的比較，而且它還有防篡改機(jī)制，以確保編譯器供應(yīng)商不會通過“手工優(yōu)化”CoreMark 代碼來作弊?？梢栽L問 EEMBC 網(wǎng)站（https://www.eembc.org/coremark/）查找包含各種 MCU 和編譯器組合的 CoreMark 基準(zhǔn)，但現(xiàn)在讓我們來看看 Nordic Semiconductor 執(zhí)行的一些具體基準(zhǔn)。

為達(dá)到極致性能進(jìn)行編譯時(shí)，IAR Embedded Workbench確實(shí)遠(yuǎn)超其它工具， 特別是與 GCC 的對比，如下圖所示。

圖表2：性能基準(zhǔn)

從這些基準(zhǔn)測試中，可以看到 IAR Embedded Workbench 比 Keil 工具鏈高出 19.1%，比 GCC 工具鏈高出驚人的 29.8%。建議在 CoreMark 網(wǎng)頁上查看當(dāng)前最新的分?jǐn)?shù)。也可以自己運(yùn)行基準(zhǔn)測試以獲得精確的數(shù)字。

但是，除了芯片的成本之外，這種類型的優(yōu)化對普通開發(fā)人員來說真的有很大意義嗎？為了理解為什么應(yīng)該關(guān)心這個(gè)問題，讓我們進(jìn)行一個(gè)類似于上文代碼體積優(yōu)化時(shí)的分析。

上文中，我們舉例了兩個(gè)完全相同的芯片，只是其中一個(gè)有更大的閃存空間，以便在使用效率較低的編譯器時(shí)容納更多代碼。根據(jù)芯片的最大時(shí)鐘速度進(jìn)行類似的分析有點(diǎn)棘手，因?yàn)榇蠖鄶?shù)參數(shù)搜索不允許在最大時(shí)鐘速度下搜索。

然而，如果我們比較來自同一芯片供應(yīng)商系列的類似Cortex-M4 芯片，具有相同的封裝、相同的閃存大小和 RAM 大小、32 位定時(shí)器的數(shù)量、D/A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)量等等。它們的通信接口可能略有不同（例如 I2C 和 SPI 的數(shù)量），但主要的區(qū)別是它們的最大時(shí)鐘速度（100 MHz 與 180 MHz）。

那么，180 MHz 比 100 MHz 多多少成本？根據(jù)主要經(jīng)銷商的說法，是相當(dāng)多的。以 1 萬件為單位，180 MHz 芯片的價(jià)格是每件 3.78 美元，100 MHz 芯片是每件 2.89 美元（截至 2022 年 11 月）。這意味著，如果必須提高到更大的時(shí)鐘速度以獲得應(yīng)用所需的性能，這意味著 30.8% 的差異。對于 1 萬個(gè)單元的生產(chǎn)，這意味著超過 9 千美元的差異。正如所見，速度優(yōu)化可以對 BOM 產(chǎn)生更大的影響，特別是大批量生產(chǎn)時(shí)。

編輯：黃飛

?