許 菁，黃 震，韓向清，付 林

(中國船舶集團有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

在雷達信號處理或數(shù)據(jù)處理中，當使用PPC的RapidIO進行數(shù)據(jù)傳輸時，通常采用門鈴來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸完成后的消息中斷。對于這樣的門鈴中斷函數(shù)，需要盡可能快地完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，以避免多次傳輸導致來不及處理的數(shù)據(jù)丟失。一般在進行大量不確定數(shù)量數(shù)據(jù)傳輸時，會在數(shù)據(jù)頭中設計一個字段來描述當次傳輸?shù)臄?shù)量?，F(xiàn)有處理方法會通過內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)將數(shù)據(jù)頭復制一個副本，然后對副本中的長度字段進行讀取。

本文對現(xiàn)有處理方法進行優(yōu)化，以減少使用內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)的應用，提高輸出讀取的效率。

1 原 理

在PowerPC的RapidIO數(shù)據(jù)傳輸時，需要進行內(nèi)存地址映射，讀取傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是通過直接訪問內(nèi)存地址實現(xiàn)的。

編譯器實現(xiàn)直接(或間接)地址訪問讀取數(shù)據(jù)，可以表達為

MOV AX，[Address]

(1)

而對結(jié)構體的字段訪問表達為

MOV AX，[Address + offset]

(2)

式中，Address為結(jié)構體的首地址；offset為字段相對首地址的偏移量。

采用內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)復制數(shù)據(jù)頭的副本，實際上是對式(1)、跳轉(zhuǎn)語句(jnz)以及計數(shù)器的多次調(diào)用，它主體的匯編表達將如下所示：

10：MOV CX，Count

20：MOVEAX，[Address]

30：MOV [DST]，EAX

40：INC Address

(3)

50：INC DST

60：DEC CX

70：JNZ 20

同時，采用內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)還將帶來函數(shù)開銷，如寄存器保存、函數(shù)堆棧等操作，這將涉及ESP、EBP等棧寄存器和EAX、ECX、EDX等調(diào)用者寄存器及EBX、ESI、EDI等被調(diào)用者寄存器的操作和保存。

首先，調(diào)用內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)時，需要先將EAX、ECX、EDX等調(diào)用者寄存器進行保存：

10：PUSH EAX

20：PUSH EBX

30：PUSH ECX

其次，需要將輸入給內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)的參數(shù)，入棧后推送給內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)：

10：MOV EAX，[Address1]

20：PUSH EAX

30：MOV EAX，[Address2]

40：PUSH EAX

然后，內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)執(zhí)行式(3)所示的函數(shù)主體；

再者，內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)將執(zhí)行結(jié)果入棧：

10：MOV EAX，[Address3]

20：PUSH EAX

最后，調(diào)用函數(shù)將棧中結(jié)果出棧，并還原保存的寄存器：

10：POP EAX

20：MOV[Address4]，EAX

30：POP EAX

40：POP EAX

50：PUSH ECX

60：PUSH EBX

70：PUSH EAX

上述開銷將占用大量的CPU時間，對于門鈴響應來說會造成較長時間的延遲，如果在此時間內(nèi)有新的接口操作和門鈴響應，就會造成數(shù)據(jù)的丟失。

2 設 計

從式(1)、(2)的描述可以看出，盡管C語言程序的寫法不一致，但是實際上對內(nèi)存的訪問方法是統(tǒng)一的。因此，只要通過強制類型的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對應數(shù)據(jù)字段的訪問，就可以達到同樣的目的。方法如下式所示：

int datalen=(([datastruct]*)address)->[lenfield]

(4)

式中，[datastruct]為待轉(zhuǎn)換結(jié)構體類型描述字；[datastruct]*為該類型的指針；address為數(shù)據(jù)首地址；[lenfield]為描述數(shù)據(jù)長度的字段名。

式(4)實現(xiàn)了一個地址描述變量到結(jié)構體類型指針的轉(zhuǎn)換以及對結(jié)構體字段的訪問，從表達上看，是一個相對復雜的過程，可能也將占用一定的CPU開銷。但是從編譯器的表達上看，則恰恰相反，由于這個類型指針的轉(zhuǎn)換過程及對結(jié)構體字段的訪問的表達將在編譯階段完成，實際的有效運行指令將極為簡單，示意如下式所示：

10：MOV EAX，[Address + offset]

20：MOV [DST]，EAX

(5)

可以看出：對地址描述變量到結(jié)構體類型指針的轉(zhuǎn)換以及對結(jié)構體字段的訪問，通過編譯過程就僅僅表達為首地址和偏移量的表達，兩個過程被濃縮成一條指令，大大減少了實際有效運行指令數(shù)，將極大地提高運行效率。

3 仿真分析

在驗證程序中，設計百萬次同樣操作的循環(huán)，分別采用內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)和本文設計方法來讀取一個字段，最終得到的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 運行時間比較

可以看出：本文方法所需的運行時間遠遠優(yōu)于內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)，運行效率提高了一個數(shù)量級，將極大節(jié)省CPU的運行開銷，減少門鈴響應函數(shù)的響應時間，降低由于內(nèi)存搬移時間過長而導致新一次數(shù)據(jù)覆蓋上一次有效數(shù)據(jù)的幾率。

4 結(jié)束語

本文研究了采用地址描述變量到結(jié)構體類型指針轉(zhuǎn)換以及對結(jié)構體字段訪問替代內(nèi)存復制函數(shù)(memcpy)的方法。經(jīng)試驗測試，該方法可有效提高運行效率，降低數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)被覆蓋而導致丟失的幾率，可以在基于PowerPC的雷達信號、數(shù)據(jù)處理軟件中推廣，具有一定的實用價值。