GCC根据数组索引值生成不同的代码

Question

这段代码(arm):

void blinkRed(void)
{
    for(;;)
    {
        bb[0x0008646B] ^= 1;
        sys.Delay_ms(14);
    }
}

...编译为以下asm代码:

08000470:   ldr r4, [pc, #20]       ; (0x8000488 <blinkRed()+24>) // r4 = 0x422191ac
08000472:   ldr r6, [pc, #24]       ; (0x800048c <blinkRed()+28>)
08000474:   movs r5, #14
08000476:   ldr r3, [r4, #0]
08000478:   eor.w r3, r3, #1
0800047c:   str r3, [r4, #0]
0800047e:   mov r0, r6
08000480:   mov r1, r5
08000482:   bl 0x80001ac <CSTM32F100C6::Delay_ms(unsigned int)>
08000486:   b.n 0x8000476 <blinkRed()+6>

没关系.

但是,如果我只是改变数组索引(-0x400)....

void blinkRed(void)
{
    for(;;)
    {
        bb[0x0008606B] ^= 1;
        sys.Delay_ms(14);
    }
}

...我没有那么优化的代码:

08000470:   ldr r4, [pc, #24]       ; (0x800048c <blinkRed()+28>) // r4 = 0x42218000
08000472:   ldr r6, [pc, #28]       ; (0x8000490 <blinkRed()+32>)
08000474:   movs r5, #14
08000476:   ldr.w r3, [r4, #428]    ; 0x1ac
0800047a:   eor.w r3, r3, #1
0800047e:   str.w r3, [r4, #428]    ; 0x1ac
08000482:   mov r0, r6
08000484:   mov r1, r5
08000486:   bl 0x80001ac <CSTM32F100C6::Delay_ms(unsigned int)>
0800048a:   b.n 0x8000476 <blinkRed()+6>

不同之处在于,在第一种情况下r4,立即加载目标地址(0x422191ac),然后使用2字节指令执行对内存的访问,但在第二种情况下r4加载了一些中间地址(0x42218000),然后执行对内存的访问带有offset(+0x1ac)到目标地址(0x422181ac)的4字节指令.

为什么编译器这样做？

我用: arm-none-eabi-g++ -mcpu=cortex-m3 -mthumb -g2 -Wall -O1 -std=gnu++14 -fno-exceptions -fno-use-cxa-atexit -fstrict-volatile-bitfields -c -DSTM32F100C6T6B -DSTM32F10X_LD_VL

bb 是:

__attribute__ ((section(".bitband"))) volatile u32 bb[0x00800000];

在.ld它中定义为:在MEMORY部分:

BITBAND(rwx): ORIGIN = 0x42000000, LENGTH = 0x02000000

在SECTIONS部分:

.bitband (NOLOAD) :
SUBALIGN(0x02000000)
{
    KEEP(*(.bitband))
} > BITBAND

Answer 1

我认为它是 -O1 的人工制品/缺失的优化机会。

如果我们查看使用 -O- to load 生成的代码，可以更详细地理解bb[...]：

第一种情况：

movw    r2, #:lower16:bb
movt    r2, #:upper16:bb
movw    r3, #37292
movt    r3, 33
adds    r3, r2, r3
ldr r3, [r3, #0]

第二种情况：

movw    r3, #:lower16:bb
movt    r3, #:upper16:bb
add r3, r3, #2195456       ; 0x218000    = 4*0x86000
add r3, r3, #428
ldr r3, [r3, #0]

第二种情况的代码更好，可以通过这种方式完成，因为可以使用两个添加指令来添加常量（如果索引为 0x0008646B，则情况并非如此）。

-O1 只进行不耗时的优化。因此，显然它很早就合并了 add 和 ldr，因此它错过了稍后使用一台 PC 相对 ldr 加载整个地址的机会。

使用 -O2 （或 -fgcse）编译，代码看起来像预期的那样。