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1、让你的软件飞起来让你的软件飞起来 仅以此文献给那些在我的设计工作中 所有给我提供过帮助的人 -捷报频传捷报频传捷报频传捷报频传 conquer_2007conquer_2007 2005.1.13 速度取决于算法速度取决于算法 同样的事情，方法不一样，效果同样的事情，方法不一样，效果 也不一样。比如，汽车引擎，可也不一样。比如，汽车引擎，可 以让你的速度超越马车，却无法以让你的速度超越马车，却无法 超越音速；涡轮引擎，可以轻松超越音速；涡轮引擎，可以轻松 超越音障，却无法飞出地球；如超越音障，却无法飞出地球；如 果有火箭发动机，就可以到达火果有火箭发动机，就可以到达火 星。星。 代码的运算速度
2、取决于以下几个方面代码的运算速度取决于以下几个方面 算法本身的复杂度，比如算法本身的复杂度，比如MPEGMPEG比比 JPEGJPEG复杂，复杂，JPEGJPEG比比BMPBMP图片的编码图片的编码 复杂。复杂。 CPUCPU自身的速度和设计架构自身的速度和设计架构 CPUCPU的总线带宽的总线带宽 您自己的代码的写法您自己的代码的写法 本文主要介绍如何优化您自己的本文主要介绍如何优化您自己的codecode，实现软件的，实现软件的 加速加速 先看看我的需求先看看我的需求 我们一个图象模式识别的项目，需要将RGB格式的彩色图像先转换成黑 白图像。 图像转换的公式如下： Y = 0.299 *
3、R + 0.587 * G + 0.114 * B; 图像尺寸640*480*24bit，RGB图像已经按照RGBRGB顺序排列的格 式，放在内存里面了。 例如，将这个喷火的战斗机引擎，转换为右边的黑白图片 我已经悄悄的完成了第一个优化我已经悄悄的完成了第一个优化 以下是输入和输出的定义： #define XSIZE 640 #define YSIZE 480 #define IMGSIZE XSIZE*YSIZE Typedef struct RGB unsigned char R; unsigned char G; unsigned char B; RGB; struct RGB inIM
4、GSIZE /需要计算的原始数据 Unsigned char outIMGSIZE/计算后的结果 看得出来优化在 哪里吗？ 我已经悄悄的完成了第一个优化我已经悄悄的完成了第一个优化 #define XSIZE 640 #define YSIZE 480 #define IMGSIZE XSIZE*YSIZE Typedef struct RGB unsigned char R; unsigned char G; unsigned char B; RGB; struct RGB inIMGSIZE /需要计算的原始数据 Unsigned char outIMGSIZE/计算后的结果 优化原则：
5、图像是一个2D数组，我用一个1维数组来存储。 编译器处理1维数组的效率要高过2维数组 先写一个代码先写一个代码 Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B; Void calc_lum() int I; for(i=0;iIMGSIZE;i+) double r,g,b,y; unsigned char yy; r=ini.r; g=ini.g; b=ini.b; y=0.299*r+0.587*g+0.114*b; yy=y;outi=yy; 这大概是能想得出来的最简单的写法了，实在看不出有什么毛病，好 了，编译一下跑一跑吧。 第一次试跑第一次试跑 Void
6、calc_lum() int I; for(i=0;i12; /这里去掉了除法运算 outi=y; 这个代码编译后，又快了20% 0.299 * R进一步化简进一步化简 还是太慢！还是太慢！ 虽然快了不少，还是太慢了一些， 20秒处理一幅图像，地球人都不能 接受！ 但是目前这个式子好像优化到极限 了，要想突破音障，只能拆掉活塞 发动机，安装蜗轮引擎！ 仔细端详一下这个式子！仔细端详一下这个式子！ 仔细端详一下这个式子！仔细端详一下这个式子！ RGBRGB的取值有文章可做，的取值有文章可做，RGBRGB的取值永远都大于等于的取值永远都大于等于0 0，小于等于，小于等于 255255，我们能不能将
7、，我们能不能将D,E,FD,E,F都预先计算好呢？然后用查表算法计都预先计算好呢？然后用查表算法计 算呢？算呢？ 我们使用我们使用3 3个数组分别存放个数组分别存放DEFDEF的的256256种可能的取值，然后。种可能的取值，然后。 Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B; Y=D+E+F; D=0.299*R; E=0.587*G; F=0.114*B; 查表数组初始化查表数组初始化 Int D256，E256，F256； /查表数组 Void table_init() int I; for(i=0;i12; Ei=i*2404; Ei=Ei12; Fi=
8、i*467; Fi=Fi12; Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B; Y=D+E+F; D=0.299*R; E=0.587*G; F=0.114*B; 使用查表数组使用查表数组 Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B; Y=D+E+F; D=0.299*R; E=0.587*G; F=0.114*B; Void calc_lum() int I; for(i=0;iIMGSIZE;i+) int r,g,b,y; r=Dini.r; g=Eini.g; b=Fini.b; /查表 y=r+g+b; outi=y; 突
9、破音障! 这一次的成绩把我吓出一身冷汗，执行时间居然从30秒一下提高到 了2秒！在PC上测试这段代码，眼皮还没眨一下，代码就执行完了。 一下提高15倍，爽不爽？ 还能再 快吗？ 120 秒 45秒 30秒 2秒 下一 程，几 秒？ 很多embedded sysytem 的32bitCPU，都至少有2个ALU，能不 能让2个ALU都跑起来？ Void calc_lum() int I; for(i=0;iIMGSIZE;i+) int r,g,b,y; r=Dini.r; g=Eini.g; b=Fini.b; /查表 y=r+g+b; outi=y; Void calc_lum() int I
10、; for(i=0;iIMGSIZE;i+=2) /一次并行处理2个数据 int r,g,b,y， r1,g1,b1,y1; r=Dini.r; g=Eini.g; b=Fini.b; /查表 y=r+g+b; outi=y; r1=Dini+1.r; g1=Eini+1.g; b1=Fini+1.b; /查表 y1=r1+g1+b1; outi+1=y1; 踩足油门，向踩足油门，向2 2马赫进军！马赫进军！ 并行计算并行计算 2个ALU处理的数据不能有数据依赖，也就是说： 某个ALU的输入条件不能是别的ALU的输出，这样 才可以并行 给第一个ALU执行 给第二个ALU执行 一次并行处理2组数
11、据 所以这里一次加2 Void calc_lum() int I; for(i=0;i12; Ei=i*2404; Ei=Ei12; Fi=i*467; Fi=Fi12; 看看这个代码， 到这里，似乎已经足够快了，但是我们反复实验，发现，还有办法再快！ 可以将 Int D256，E256，F256； /查表数组 更改为： Unsigned short D256，E256，F256； /查表数组 这是因为编译器处理int类型和处理unsigned short类型的效率不一样 再改动一下再改动一下 Unsigned short D256，E256，F256； /查表数组 Inline Void c
12、alc_lum() int I; for(i=0;iIMGSIZE;i+=2) /一次并行处理2个数据 int r,g,b,y， r1,g1,b1,y1; r=Dini.r; g=Eini.g; b=Fini.b; /查表 y=r+g+b; outi=y; r1=Dini+1.r; g1=Eini+1.g; b1=Fini+1.b; /查表 y1=r1+g1+b1; outi+1=y1; 将函数声明为inline,这样编译器就会将其 嵌入到母函数中，可以减少CPU调用子函 数所产生的开销 这这2 2个小小的改进带来的效益！个小小的改进带来的效益！ 现在，我们已经达到了客户的要求！ 其实，我们还
13、可以飞出地球的！其实，我们还可以飞出地球的！ 如果加上以下措施，应该还可以更快： 把查表的数据放置在CPU的高速数据CACHE 里面 把函数calc_lum()用汇编语言来写 其实，其实，CPUCPU的潜力是很大的的潜力是很大的 不要抱怨你的CPU，记住一句话：“只要功率足 够，砖头都能飞！” 同样的需求，写法不一样，速度可以从120秒 变化为0.5秒，说明CPU的潜能是很大的！看你 如何去挖掘。 我想：要是Microsoft的工程师都像我这样优化 代码，我大概就可以用486跑windows XP了！ 如果您觉得本文足够的精彩，请 发一个mail问候我一下：（想扔 鸡蛋的就免了） conquer_2007 您的鼓励是我努力工作的最大动 力，也是我不竭的创新动力！ The EndThe End -捷报频传捷报频传捷报频传捷报频传 conquer_2007conquer_2007 2005.1.13