【问题标题】：How to prevent vector operation optimization over this function with arm-none-eabi-gcc compiler?如何防止使用 arm-none-eabi-gcc 编译器对此函数进行向量操作优化？
【发布时间】：2023-03-03 09:35:01
【问题描述】：

我的代码

我正在编写一个在学术项目中使用此功能的简单代码：

void calculateDistanceMatrix(const float data[M][N],
                             float distance[M][N]) {
    float sum = 0.0;
    for(int i = 0; i < M; i++) {
        for(int j = i+1; j < M; j++) {
            for(int k = 0; k < N; w++) {
                sum += (data[i][k] - data[j][k]) *
                       (data[i][k] - data[j][k]);
            }
            distance[i][j] = sum;
            distance[j][i] = sum;
            distance[i][i] = 0.0;
            sum = 0.0;
        }
    }
}

我的目标架构

我的代码应该只对“数据”执行这个简单的矩阵运算，并用结果填充“距离”矩阵。然而，在我的学术项目中，我对编译器如何为我正在使用的 ARM 架构优化这些向量操作感兴趣。编译的命令行包含以下内容：

arm-none-eabi-gcc <flags> <my_sources> -mcpu=cortex-a9 -mfpu=vfpv3 -mfloat-abi=hard <more_flags>

我的程序旨在在嵌入式 Xilinx Zynq-7000 器件中运行，其架构包括针对向量运算的 NEON 优化指令集（在this nice presentation 中描述）

我的问题

我必须在有和没有编译器优化的情况下跟踪“calculateDistanceMatrix”函数中向量操作的执行性能。我注意到汇编输出包括用于向量加载和存储操作的共享 NEON 和 VFP 指令（详见ARM's Assembler Reference for Version 5.0）：

ecf37a01    vldmia  r3!, {s15}
ecf26a01    vldmia  r2!, {s13}
e1530000    cmp r3, r0
ee777ae6    vsub.f32    s15, s15, s13
ee077aa7    vmla.f32    s14, s15, s15
1afffff9    bne 68 <calculateDistanceMatrix+0x48>
eca17a01    vstmia  r1!, {s14}

我找不到编译此代码的方法，以便不使用这些优化指令。

您知道任何可以避免这些指令的编译配置或代码技巧吗？感谢您对此问题的任何帮助。

【问题讨论】：

gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/ARM-Options.html - +nofp 的东西？
我没有看到这些“-march”选项，谢谢@EugeneSh。！但是，我无法使它们工作……在以某种方式编辑我的编译命令行后，“-march=...+nofp”和“-mcpu=...+nofp”都与我项目中的其他库一起失败。我想我将不得不花一些时间来隔离它并重试这个编译。我的另一个赌注是编译指示“#pragma GCC target ("armv7+nofp")”，但它对程序集也没有影响。
也许，如果您在提出问题之前进行了一些研究，您就不会将标量浮点运算误认为向量运算。下次尝试阅读架构参考手册条目以获取说明。
你应该对所有对象使用相同的 arch/cpu/fp 选项，因为它会改变 ABI
您可以尝试不同的优化级别，例如-Os，-O1。我相信使用-O0 -g进行调试是正常的

标签： c gcc arm compiler-optimization eabi

【解决方案1】：

您引用的指令不是向量运算： vsub.f32 s15, s13, s15 这是一个简单的 32 位浮点减法。您可以通过使用 32 位形式的 S 寄存器和指令中的.f32 后缀来判断

【讨论】：

你是绝对正确的。重新审视这个问题后，我发现实际问题是我的环境设置为始终以调试模式构建。修复此问题并构建生产环境后，我可以找到正确的优化代码，它使用 VLDM 和 VSTM 指令

【解决方案2】：

我重新审视了这个问题，发现我的环境设置为在调试模式下构建，因此实际上没有进行任何优化。

实际优化的代码使用 VLDM 和 VSTM 指令。但是，当我添加 pragma 时，它们不会生成

#pragma GCC optimize ("O0")

在我的源文件中。

【讨论】：