Keil MDK 编译器 AC5 和 AC6 优化选项重要内容和区别

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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。
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（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？

一、关于Arm Compiler 6

) G/ q' e  }* _" r+ G: v
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。


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。

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。

( M6 q1 K4 w4 {5 cArm Compiler 6工具链包括：
5 h' }  x% X$ Y' D* n' }4 o8 Darmclang：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。
- v# j# T1 U& E! Xarmar：使ELF目标文件集可以一起收集。
: U* i. ?: b( W* q% H) Oarmlink：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。
" o* v  M" L: I' `Arm C libraries：嵌入式系统的运行时支持库。
8 W+ G" c: o, ?: ]( ]Arm C ++libraries：基于LLVM libc++项目的库。
4 Y7 T* Y! Q- u& _' J5 ~

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。
6 E5 Z5 d  Q7 c, ?) i
, z4 i1 v/ q) |; h' |) I/ C更多参考内容和地址：
, j2 x, n8 J( k6 c9 I) z9 A编译器Clang会代替GCC吗？
: z6 B  Q0 p3 h( a; O! G/ L9 S) o

8 c4 n! \& C% X1 B6 a' Phttp://www2.keil.com/mdk5/compiler/6/
7 X: C$ J- l' K' C" G- J- x& M6 thttps://developer.arm.com/tools-and-software/embedded/arm-compiler/downloads/version-6

2 ^( d8 e# d* U
二、AC5和AC6
" r! q) T$ b, J' B- P: R. t2 p  ?

' T# z* j$ z/ M; n$ k4 LArm 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。

9 H) i/ Q" ^1 ~' }9 X: z/ g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）：
& I7 |$ c, x: O0 t- u

AC6相比AC5优势
$ M" Y% o! C1 E2 l' u0 ]4 o
3 b) k) n4 ?+ j1 Z' b: _
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。
' c, r! f. D  r: G4 Q$ R
3 M+ a4 F: E' F& p& K* j: {, I6 m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。
5 b; p* ]( M2 l: {3 n
0 C5 W1 ^0 X, d这是官方提供的代码大小对比：
* L1 X  J( @! G9 B

AC5升级到AC6
' p" h: E( X0 r, ^

AC5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：


https://developer.arm.com/docs/100068/0614/migrating-from-arm-compiler-5-to-arm-compiler-6
1 H( c4 z4 F! `9 a! t
当然，也可以参看我之前分享的文章：
; r1 W) q- |/ J# {$ A

% {: x* R* x4 Q5 G1 xMDK-ARM编译器从V5升级到V6需要做哪些工作？
  M) O. u9 h; m
& S- g& X, [6 f8 ^, h& F4 b% _三、Keil MDK 优化选项
# C  c2 R) I' p, D5 a& j2 l
. B' J. D0 |% q
$ K& f! f6 ?* Q; X: `) d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。
/ ]! a! I2 S% R4 U6 a6 C
优化选项包含：
4 ^, C5 L  o: H3 |1 l# k$ U0 k( B3 H

优化级别-O0

3 ]1 d& W! d& g! [. f
" E7 j" P4 w3 V8 q+ F% ^8 I-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。

8 n- @( r: e/ V
$ [7 I, q+ |! y( [; }3 E优化级别-O1
-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。
3 N! C" B6 s9 Q  J0 y

-O1与-O0相比，使用时的区别是：


8 ]+ b" n* T6 r1 H启用优化，这可能会降低调试信息的完整度。


: I8 k* G8 ~) G2 c& W' V6 X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。


不会调用没有使用，或没有预期调用的函数，代码量更小。
$ E8 z6 ?) v2 `$ y/ [* R) ^

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。。

/ t, M. D# j0 U; L4 D
$ G5 q" P1 i( h; E; B. {优化级别-O2
-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。

  T  S0 W1 n" y# k2 f6 b
-O2与-O1相比使用时的差异是：
5 h6 _  Z0 K* S" C" G, T/ z2 j8 _9 Z, L

% B" t% j; h5 v" c: o* k# I编译器认为内联调用站点可获利的阈值可能会增加。
4 t& _6 c5 x+ x5 y: _( ~; O0 ~
( H7 T. H, Y0 G  |/ B
" i& Q) P# O8 G8 S执行的循环展开数量可能会增加。

) g  I; r" A9 k% V2 R2 `
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。


9 x+ |  O$ z# n1 K( A, r可以使用armclang命令行选项禁止创建矢量指令-fno-vectorize。


优化级别-O3
-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。
2 E9 {( M+ i, o! d

6 V. b9 \8 m' _-O3与-O2相比使用时的差异是：


4 }& |  ~1 `+ ~( \% V. T2 ^编译器认为内联调用站点是有利可图的阈值增加。


6 F! x( `3 Y  Z) q0 V* N执行的循环展开量增加。
$ V, _6 j9 u( d) e: U
! H3 M5 m" l! x8 G' M% u9 q
在编译器管道中启用更积极的指令优化。


$ ?6 K) ^$ E. W* m9 K优化级别-Os
* ^) f: L4 p" p* l. A# H( s- l+ o-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。
4 b' a6 ?" N1 K4 Y9 E" @8 V
- Q, @5 P7 i: R. f" g( {
-Os与-O3相比，可减少代码大小。但会降低调试体验。

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-Os与-O3相比使用时的差异是：

" L+ b; n- F4 D
降低编译器认为内联调用站点可获利的阈值。
4 E$ l% P: ]) N  Z  x, M- G
' r# A8 b: f+ t  f9 T1 A* N
/ b) O( s9 K: o+ N0 k显着降低了执行的循环展开量。
: |) F: B% _1 l7 |

" c& d9 |; `$ [* Y优化级别-Oz
$ O" K4 g( B4 T) M1 }* E-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。
3 W' u" [8 q% d/ E3 w
6 o1 _3 E; ]. |# W! C5 w
$ b! }" i: j6 ~- S* s-Oz与-Os相比使用时的差异是：


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。
1 g( V. f3 A% S9 }8 l+ w

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。

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/ R6 i; C- M0 W6 j* R( K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。

7 b7 F4 @/ R2 _3 n, p& H
循环是作为while循环而不是do-while循环生成的。

8 w# i, L$ U: q: R- s
2 I+ p! G& c& t/ `优化级别-Ofast
-Ofast从级别执行优化，包括使用 -ffast-math armclang选项执行的优化。
# I: ?- x# e1 ^8 ^% C: A

) q2 {* [+ O# o6 ?. _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。
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% R4 [+ g$ T( U' I7 v  \3 E
4 S7 O& h0 _% V8 C$ a1 F, \. I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。


, z% C' l4 {3 O3 ]# ]( o  B优化级别-Omax
-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）。
  ]. q! f' l4 [/ i( n0 b

9 q. m& m  ^. j! U  T, X1 s7 t0 S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。
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3 [6 l2 |  _/ [+ G
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。

# x* S: r) m. L: k2 s& R
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。
3 l3 Q4 d; C, J( ^* K5 z8 Z4 |! [! H
( l3 C* L6 M& S8 d7 \, p