STM32的代码,跑在RAM里快?还是跑在Flash里快?

2009年11月25日 18:11    STM32
关键词: Flash , RAM , 代码
这肯定是很多人关心的问题,下面通过一个例子看看会有什么样的结论:

测试手段如下:

主循环一直在做一个变量的自加(sum1++),当然前提保证不会溢出。

Cortex-M3内部的Systick计数,以一秒钟为限,这个sum1的数值大小,可以判断哪种方式比较快。为了严密,我们观察第一秒到第二秒之间的计数效果;而不是从第0秒到第1秒(因为使能Systick到真正开始执行sum1++可能有间隙)。在第一次进入Systick的ISR时,记录下sum1的值;第二次进入Systick的ISR时,再次记录sum1的值,两次值之差即为一秒钟间隔中sum1执行了多少次自加。由此看出哪种方式比较快。

同样的测试前提:Prefetch Buffer Enable + Flash Latenty="2" (根据Flash Programming Manual中要求的那样,当48MHz<SYSCLK<=72MHz时,对flash的访问插入两个等待周期)

测试结果如下:

不对代码优化,在RAM中执行程序:sum1计数69467/秒
不对代码优化,在FLASH中执行程序:sum1计数43274/秒 (Flash里跑得慢)

/***********循环体内代码为N个以下的block*************/
(1)LDR R0,[PC, #0x154]
(2)LDR R1,[PC, #0x154]

(3)LDR R1,[R1,#0]
(4)ADDS R1, R1,#0x1

(5)STR R1,[R0, #0]

    ......
/****************************************************/

打开速度优化开关,在RAM中执行程序:sum1计数98993/秒
打开速度优化开关,在FLASH中执行程序:sum1计数115334/秒 (Flash里跑得快)

/***********循环体内代码为N个以下的block*************/
(1)LDR R1,[R1,#4]
(2)ADDS R1, R1,#0x1
(3)STR R1,[R0, #0]
    ......
/****************************************************/

结论就是:

1)程序运行在RAM里速度快还是运行在Flash里速度快,不是绝对的一概而论的,取决于代码;

2)就以上两种具体的代码情况来说,我觉得无优化时,如果在Flash里执行:(1)(2)的取指(读flash)->译码->执行 (读flash);取指和执行阶段flash的目标地址不是连续的,因此是non-sequencial access,所以会很慢;
打开优化时,(1)(2)(3)都不会造成flash的non-sequential access,所以在flash里的优势(取指和取数据走不同的总线ICode和DCode以及Prefetch)就体现出来了。

再进一步的分析,又有这样一些结论:

没有优化时,指令执行时要到Flash中取常数,结果造成指令预取队列的取指中断,取完常数后需要重新填充指令预取队列,而Flash访问需要插入等待周期,当然时间就比较长了。

经过代码优化后,指令执行时不用再到Flash中取常数,指令预取队列不会被打断,而Flash访问需要插入等待周期的效应被下面贴子中介绍的取指缓冲区抵消,所以自然速度就快了;而这个时候在RAM中执行反而慢了是因为RAM不在ICode总线上,从RAM取指需要绕一圈,当然要比在ICode总线上的Flash慢了。

关于Flash的性能,请看我的另一篇分析:【分析】STM32从Flash中运行程序的时序分析

另外,STR9与STM32的总线架构是一样的,这里有一个在STR9上实现的FFT函数的实测数据,可以进一步说明在Flash中运行代码可以比在RAM中快!

在ST的网站上有一个DSP的函数库,这是它的文档《STR91x DSP library (DSPLIB)》,在这篇文档中有一节讨论FFT运算速度的,那里给出了实际的运算时间比较,摘录如下:

Radix-4
Complex FFT     Operation Mode     Cycle Count     Microseconds
64 Point     Program in Flash & Data in SRAM     2701     28.135
64 Point     Program & Data in SRAM     3432     35.75
64 Point     Program & Data in Flash     3705     38.594
256 Point     Program in Flash & Data in SRAM     13740     143.125
256 Point     Program & Data in SRAM     18079     188.323
256 Point     Program & Data in Flash     19908     207.375

最初发表日期:2008-8-28
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