Будет ли бесконечный цикл внутри loop () работать быстрее?

Когда вы пишете типичный скетч, вы обычно полагаетесь на loop()то , что вам звонят многократно, пока работает Arduino. При въезде и выходе из loop()функции должны быть небольшие издержки.

Чтобы избежать этого, вы можете создать свой собственный бесконечный цикл, например так:

void loop()
{
    while (true)
    {
        // do stuff...
    }
}

Это жизнеспособный способ улучшить производительность? Это вызовет другие проблемы, если loop()никогда не вернется?

programming performance

— Питер Блумфилд
источник

Ответы:

Часть кода на ядре 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 издержки для serialEventRun (); там.

Давайте сравним два простых наброска:

void setup()
{

}

volatile uint8_t x;

void loop()
{

    x = 1;

}

void setup()
{

}

volatile uint8_t x;

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

Значение x и volatile просто для гарантии того, что оно не оптимизировано.

В произведенном ASM вы получите разные результаты: Сравнение двух

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

Для генерации ASM, как описано выше, вам нужно использовать инструмент под названием avr-objdump. Это включено в avr-gcc. Местоположение меняется в зависимости от ОС, поэтому его проще всего искать по имени.

avr-objdump может работать с файлами .hex, но в них отсутствуют первоначальный источник и комментарии. Если вы только что создали код, у вас будет файл .elf, который содержит 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.

Запустите команду следующим образом:

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

И проверить вывод в текстовом редакторе.

— Cybergibbons
источник

Хорошо, но нет ли причины для вызова функции serialEventRun ()? Для чего это?

— jfpoilpret

Это часть функциональности, используемой HardwareSerial, не знаю, почему его не убирают, когда Serial не нужен.

— Cybergibbons

Было бы полезно кратко объяснить, как вы сгенерировали выходные данные ASM, чтобы люди могли проверить себя.

— Джиппи

@Cybergibbons никогда не вывозится, потому что он является частью стандарта, main.cиспользуемого в Arduino IDE. Однако это не означает, что библиотека HardwareSerial включена в ваш эскиз; на самом деле он не включается, если вы его не используете (вот почему он есть if (serialEventRun)в main()функции. Если вы не используете библиотеку HardwareSerial, то serialEventRunон будет нулевым, а значит, и без вызова.

— jfpoilpret

Да, это часть main.c, как указано, но я ожидаю, что он будет оптимизирован, если не требуется, поэтому я думаю, что аспекты Serial всегда включены. Я часто пишу код, который никогда не вернется из loop () и не замечает проблем с Serial.

— Cybergibbons

Ответ Cybergibbons довольно хорошо описывает генерацию кода сборки и различия между этими двумя методами. Предполагается, что это будет дополнительным ответом, рассматривающим проблему с точки зрения практических различий, т. Е. Насколько сильно изменится любой подход с точки зрения времени выполнения .

Варианты кода

Я сделал анализ, включающий следующие варианты:

Basic void loop()(который указывается при компиляции)
Без подстановки void loop()(использование __attribute__ ((noinline)))
Цикл с while(1)(который оптимизируется)
Цикл с неоптимизированным while(1)(путем добавления __asm__ __volatile__("");. Это nopинструкция, которая предотвращает оптимизацию цикла без дополнительных издержек для volatileпеременной)
Не встроенный void loop()с оптимизированнымwhile(1)
Не встроенный void loop()с неоптимизированнымwhile(1)

Эскизы можно найти здесь .

эксперимент

Я запускал каждый из этих эскизов в течение 30 секунд, таким образом, накапливая 300 точек данных каждый . В delayкаждом цикле было 100-миллисекундный вызов (без которого плохие вещи не происходили ).

Результаты

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

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

Вывод

Неоптимизированный while(1)цикл внутри void loopбыстрее, чем оптимизированный компилятор void loop.
Разница во времени между неоптимизированным кодом и по умолчанию оптимизированным Arduino кодом практически невелика . Вам лучше будет компилировать вручную, используя avr-gccи используя свои собственные флаги оптимизации, а не полагаться на Arduino IDE, которая поможет вам в этом (если вам нужна оптимизация в микросекундах).

_{ПРИМЕЧАНИЕ: фактические значения времени здесь не имеют значения, разница между ними есть. В ~ 90 микросекунд времени выполнения включает в себя вызов Serial.println, microsи delay.}

_{ПРИМЕЧАНИЕ 2. Это было сделано с использованием IDE Arduino и флагов компилятора по умолчанию, которые он предоставляет.}

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

— asheeshr
источник

Хорошая работа. График имеет миллисекунды, а не микросекунды, но не является большой проблемой.

— Cybergibbons

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

— asheeshr