外設讀取 vs RAM 讀取 + RAM 寫入

Question

我正在使用 IOs 調試關鍵代碼，我遇到了一個難題：

這兩個功能之間最快的是什么？
我的 CPU 在哪個 function 花費的時間會更少？

A：CPU讀取一個外設寄存器，寫入外設寄存器

void d_toggle_pin(void)
{ 
  NRF_P1->OUT ^= 1 << Debug_Pin; 
}

B：CPU讀一個RAM變量並寫外設寄存器+寫一個RAM變量

void d_toggle_pin(void)
{ 
  static byte pin_state = 0;
  if(pin_state) 
  { 
    NRF_P1->OUTCLR = 1U << Debug_Pin;  
    pin_state = 0;
  }
  else
  { 
    NRF_P1->OUTSET = 1U << Debug_Pin;  
    pin_state = 1;
  }
}

我正在使用 nrf52840（皮質 M4 CPU），但無論實現如何，答案都是一樣的

Answer 1

TL;DR：第一個版本表現更好。

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性能方面的差異是微不足道的。 Cortex M3 及更高版本具有簡單的分支預測和流水線，但這不會對這里的這個簡單的小代碼產生太大影響。 當然，第二個版本在分支預測器上可能會稍微粗糙一些，因為它們是兩個獨立的內存映射寄存器，但差異可以忽略不計。

如果您堅持要比較它們，那么這里有一個 gcc ARM non-eabi -O3的小基准，我在其中替換了寄存器名稱並將“調試引腳”設為硬編碼常量： https://godbolt.org/z/88vn1EqKj 。 該分支已被優化掉，但第一個版本的性能仍然稍好一些。

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然而，您在這里的首要任務應該是功能性和可讀性。 這兩個函數都可以，但如果我要剖析它們......

• XOR 版本的優點是 XOR 是一種切換位的慣用方式，因此它是可讀的。 您還可以保證代碼始終與實際寄存器值同步，以防萬一。

• XOR 版本的缺點是，對硬件寄存器進行讀-修改-寫訪問有時會出現問題，因為它會引入副作用，並且在某些情況下還會導致重入問題。 因此，與其將寄存器值用作 XOR 的占位符，我認為您的其他版本單獨跟蹤端口並僅執行寫訪問就可以了。

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其他注意事項：

1 <<...在 C 中總是錯誤的。您幾乎可以肯定永遠不要移動 signed int ，它是 integer 常量1的類型。 例如1 << 31調用未定義的行為。 始終使用1u 。

為諸如設置/清除/切換 GPIO 引腳之類的非常基本的事情編寫包裝函數已經完成了數百次……並且沒有人設法編寫比這更容易閱讀的 function 包裝函數：

• reg |= mask （設置）
• reg &= ~mask (清除)
• reg ^= mask; （切換）

這是慣用的、超快的、超可讀的 C 代碼，所有 C 程序員 100% 都可以輕松理解。 在查看了數百個失敗的、臃腫的 GPIO HAL 之后，我可以自信地說簡單 GPIO 的抽象可以而且只會導致臃腫。 我自己寫了很多這樣的東西，但總是出錯。

（對於帶有一堆路由寄存器、中斷處理、奇怪的狀態標志等的更復雜的 GPIO，那么一定要編寫一個 HAL 和一個驅動程序。但不是為了只做簡單的端口 I/O。）