Keil MDK 编译器 AC5 和 AC6 优化选项重要内容和区别

使用过Keil MDK （Arm Compiler 6）编译器V6版本的读者应该发现了一个问题，V6版本速度比V5版本编译速度快很多。

2 Q4 q. f! s( C  m; N+ f+ ~2 z9 U6 s
（说明：是V6版本编译器，不是V6版本MDK）

那你发现了Arm Compiler V6和V5有什么区别吗？ 集成在MDK中的优化选项又有哪些区别？
/ p; z8 ^! }+ @9 {5 q7 X0 Y
一、关于Arm Compiler 6
0 h" t" F8 z1 S; n' R5 ]

Arm Compiler 6（简称AC6）是用于Arm处理器的编译工具链，目前最新版本：Arm Compiler  V6.14。

  E" m& ?7 |+ o% J
# A& B; m2 S0 O' M7 v6 E" G3 i用于编译Coterx-M处理器的编译器很多，Arm Compiler就是其中一个，常用于Keil MDK、 Arm Development Studio（DS-5）中，还可用作独立工具链安装。
+ w$ q& R. }8 h

当然，除了Arm Compiler，针对Coterx-M的编译器还有很多，比如：GNU Compiler、 IAR Compiler、 CCS Compiler等。

4 B; M; k4 y6 u0 g1 ]Arm Compiler 6工具链包括：
armclang：基于LLVM和Clang技术的编译器和集成汇编器。
armasm：armasm语法汇编代码的旧版汇编程序。将armclang集成汇编程序用于所有新的汇编文件。
5 v8 d6 {$ Z% V8 @: O; A8 A9 tarmar：使ELF目标文件集可以一起收集。
8 w* A: [$ r( Z/ zarmlink：将对象和库组合在一起以生成可执行文件的链接器。
fromelf：镜像转换程序和反汇编程序。
6 {. j0 z0 j5 i, dArm C libraries：嵌入式系统的运行时支持库。
Arm C ++libraries：基于LLVM libc++项目的库。
# d* V% y5 a+ U6 W; o) ]

ARM Compiler 5（和更早版本）使用armcc编译器，而ARM Compiler 6将armcc替换为armclang，armclang基于LLVM，它具有不同的命令行参数、指令等，因此算是一个新的编译器。

更多参考内容和地址：
编译器Clang会代替GCC吗？
8 C& F; V& ~# O5 U% @% ~1 m+ s

' l: i! Y% ]% B* w3 Y% z4 W  hhttp://www2.keil.com/mdk5/compiler/6/
https://developer.arm.com/tools-and-software/embedded/arm-compiler/downloads/version-6


4 f6 N5 ?. C$ t, Y) K8 z2 U二、AC5和AC6

6 F1 Z4 |, M' e! e4 p8 i- o
; U! c6 Z  \3 C% B! }0 I* t8 {# P" \Arm Compiler 5（AC5）算是用的比较多的一代编译器，在Keil MDK V4版本及V5早期的版本都是使用AC5。

0 W3 F' V4 y3 a) r在2015年的时候，AC6发布了，并在随后新版本的MDK中集成了AC6，直到现在最新版本的MDK集成了AC6.13（可以修改版本）：

AC6相比AC5优势

9 |: C) G) D* K0 P- L: M6 ~
AC6相比之前版本的编译器做了很多改动，大家最为直观的感受就是编译速度提高了很多，还有代码大小。

当然除了速度和大小，还有其他很多优势，比如：支持C ++ 14标准、使用TrustZone for Armv8-M为设备创建安全和非安全代码、兼容基于GCC创建的源代码，也就是GCC可以编译的源码它也能编译。

2 h3 m9 Y% g% P7 s这是官方提供的代码大小对比：
1 h3 ]. I4 v9 r

AC5升级到AC6
& O* w/ O+ B% K6 h
* v8 K/ R/ Y* |! _7 R" J2 x
) _& y% e* _3 `# u  A' @; TAC5和AC6是不同的编译器，兼容性方面还是有差异，需要迁移。这个迁移过程官方提供有文档：


, t! r5 Y1 P. ~https://developer.arm.com/docs/100068/0614/migrating-from-arm-compiler-5-to-arm-compiler-6
: P# U" T+ k1 U
: a  O  G( z% b, F$ k当然，也可以参看我之前分享的文章：

8 g! R" \# i5 W
& L3 s  s4 Q6 R* J" v4 {MDK-ARM编译器从V5升级到V6需要做哪些工作？
+ R4 ~, }& c, _' [" s, O7 t
三、Keil MDK 优化选项


在Keil MDK中，相比AC5，使用AC6会增加几个优化选项：代码大小、速度、平衡等。
* L+ K! o6 G1 `8 ^8 Z
优化选项包含：

优化级别-O0
  e4 }  P4 v% s5 p/ j* `

-O0禁用所有优化。此优化级别是默认设置。使用-O0 结果可以加快编译和构建时间，但比其他优化级别生成的代码要慢。与-O0其他优化级别相比，代码大小和堆栈使用率明显更高 。生成的代码与源代码紧密相关，但是生成的代码量更大，包括无用的代码。
$ ?3 N8 h) u- P: _
+ O% E/ c  j, s  u# [7 n
5 V0 g8 t3 t3 s# s4 _- C优化级别-O1
: R- }* A3 W4 b+ C-O1在编译器中启用核心优化。此优化级别提供了良好的调试体验，并具有比-O0更好的代码质量，堆栈使用率也提高了。Arm建议使用此选项以获得良好的调试体验。


/ J  C  t5 P; S" H-O1与-O0相比，使用时的区别是：
" A, \- g: ?& _0 {# [
* x5 G( W8 X- k& w
/ c7 i. D/ x/ t& G启用优化，这可能会降低调试信息的完整度。
9 U4 a/ n, Z5 c) o. i0 _
" J( a& E4 g( }! I/ R" Z
启用了内联和尾调用，这意味着回溯可能无法提供打开功能激活的堆栈。
* k. ^0 b+ x7 m" M+ V& l
+ r" C4 |, A) F& o) ^0 A  g
不会调用没有使用，或没有预期调用的函数，代码量更小。
0 ?2 e; j" r: z- Q
1 C9 P; e1 O: X" f! }- G- j' \- W9 B
变量的值在不使用后可能在其范围内不可用。例如，它们的堆栈位置可能已被重用。。


- w8 G. I& x" B- `优化级别-O2
( K! X* a- f  m- |, s-O2与-O1相比，有更高的性能优化。增加了一些新的优化，并更改了优化的启发式方法。这是编译器可能生成矢量指令的第一个优化级别。它还会降低调试体验。

5 j" v; M+ V8 m) j+ p$ @
; _7 o" ~; k7 j9 }-O2与-O1相比使用时的差异是：

$ m( }9 Y" R# Y1 l9 e
编译器认为内联调用站点可获利的阈值可能会增加。

( U) C% A9 I! u  q! C
执行的循环展开数量可能会增加。
+ o/ z6 q) q; e$ t

9 I# [4 b5 N  t: B. Q* A可以为简单循环和独立标量运算的相关序列生成矢量指令。
! f7 b: x1 H7 ]" P( n
7 l5 p7 H& M7 o- v' _
. X1 p3 a9 D$ K9 d: r5 b* V# ^可以使用armclang命令行选项禁止创建矢量指令-fno-vectorize。
9 }3 B8 _, T+ d
, t! v$ m: @3 e* Z' K
- K/ a' q( S$ n5 }# H& d% _优化级别-O3
/ U; x# A7 s1 c2 F-O3与-O2相比，有更高的性能优化。此优化级别允许进行需要大量编译时分析和资源的优化，并且与-O2相比更改了优化的启发式方法。-O3指示编译器针对生成的代码的性能进行优化，而忽略生成的代码的大小，这可能会导致代码大小增加。

: X; ]/ @4 r/ O7 y
. L+ {2 k. M  W4 M3 r-O3与-O2相比使用时的差异是：
! ?; c) q! E6 `4 C- t2 E( ?

编译器认为内联调用站点是有利可图的阈值增加。
' W8 {2 ~) X1 ?5 P, w, e& o* F6 T- B) t
7 ^% k: h2 r5 _1 A  J" p' c
" s% U& R* A8 f( J9 R执行的循环展开量增加。
( d& {% D" [( i5 ~

在编译器管道中启用更积极的指令优化。
( z9 C$ G" W. F) h) t) k4 G

7 w7 B# e) u8 \3 i" G9 J& \9 ]6 b) c优化级别-Os
-Os目的是在不显着增加代码大小的情况下提供高性能。根据你的应用程序，提供的性能可能类似于 -O2或-O3。
( f  U* M; T' K' A, P
0 `9 B! _. ?9 ^7 F
-Os与-O3相比，可减少代码大小。但会降低调试体验。


-Os与-O3相比使用时的差异是：


/ u, d7 m0 I# y4 @5 F降低编译器认为内联调用站点可获利的阈值。


+ T7 z# U# S) S1 Z- ?9 J显着降低了执行的循环展开量。

+ g: c7 ^! M) s6 Y$ f' `
% z5 s5 J3 g7 E7 V, W# T优化级别-Oz
-Oz目的是提供尽可能小的代码量。Arm 建议使用此选项以获得最佳代码大小。此优化级别会降低调试体验。
" {$ _  D# N, i, X
7 p: B" I  U4 U3 R! u# r5 i. m
-Oz与-Os相比使用时的差异是：
; O" c% {& D" J  l. a  N

# e0 A! l" }& B2 c编译器仅针对代码大小进行优化，而忽略性能优化，这可能会导致代码变慢。
' o, P6 D% y3 q1 P6 L- _* O# p# @
6 B) G7 @* w1 J6 n
1 t( k% f( S7 i5 P, s未禁用功能内联。在某些情况下，内联可能会整体上减少代码大小，例如，如果一个函数仅被调用一次。仅当预期代码大小会减小时，才将内联启发式方法调整为内联式。


禁用可能会增加代码大小的优化，例如循环展开和循环矢量化。


% p/ Z3 q  v4 R# s: X循环是作为while循环而不是do-while循环生成的。

6 p2 Y# }4 Q- i" C# b# f. t9 j
优化级别-Ofast
% A( W7 y( R& |* a-Ofast从级别执行优化，包括使用 -ffast-math armclang选项执行的优化。

' r  U0 B+ `/ w' \8 x) A) v$ Y8 g
该级别还执行其他进一步的优化，可能会违反严格遵守语言标准的要求。
# `- I6 b$ N6 Y5 z! |( Z" h

与-O3相比，该级别会降低调试体验，并可能导致代码大小增加。

, J4 g+ F) e1 Z0 g* ]
优化级别-Omax
" Y  u# u% z: Z( b5 J5 C-Omax是最大程度的优化，并专门针对性能优化。它支持从级别进行的所有优化，以及链接时间优化（LTO）。

0 t8 n2 K5 J/ u. h
& ]. ^$ [4 r8 }8 c- A* u- R在此优化级别上，Arm Compiler可能会违反严格遵守语言标准的规定。使用此优化级别可获得最快的性能。


与-Ofast相比，该级别会降低调试体验，并可能导致代码大小增加。
0 j# X! Z7 ^4 f
) v* {% h8 d  V& x/ w* L" X+ A
如果你使用-Omax进行编译，并具有单独的编译和链接步骤，你还必须在armlink命令行中包括-Omax。
9 K+ T( K: l$ I) B- c- w+ i