嵌入式软件开发：分析代码性能如何影响 ROI和TCO

在上文《嵌入式软件开发的十二大基本要素（一）：代码质量》中，我们分析了代码体积如何具体影响投资回报率（ROI）和总拥有成本（TCO）。

本文为白皮书系列第二部分，讲分析代码性能如何影响 ROI和TCO。

应用的性能如何影响 BOM（物料清单）？使用 IAR Embedded Workbench与基于 GCC 的工具相比，能期望有多大的性能提升？

图表1：性能 (Coremarks) 对比代码体积（闪存）

显然，CoreMark 基准是一个很好的参考，因为它试图纳入开发人员做的一些更常见的事情，如矩阵操作、CRC 计算、列表处理（包括查找和排序）等等。因此，它为你提供了一个关于编译器能做什么的“真实世界”的比较，而且它还有防篡改机制，以确保编译器供应商不会通过“手工优化”CoreMark 代码来作弊。可以访问 EEMBC 网站（https://www.eembc.org/coremark/）查找包含各种 MCU 和编译器组合的 CoreMark 基准，但现在让我们来看看 Nordic Semiconductor 执行的一些具体基准。

为达到极致性能进行编译时，IAR Embedded Workbench确实远超其它工具， 特别是与 GCC 的对比，如下图所示。

图表2：性能基准

从这些基准测试中，可以看到 IAR Embedded Workbench 比 Keil 工具链高出 19.1%，比 GCC 工具链高出惊人的 29.8%。建议在 CoreMark 网页上查看当前最新的分数。也可以自己运行基准测试以获得精确的数字。

但是，除了芯片的成本之外，这种类型的优化对普通开发人员来说真的有很大意义吗？为了理解为什么应该关心这个问题，让我们进行一个类似于上文代码体积优化时的分析。

上文中，我们举例了两个完全相同的芯片，只是其中一个有更大的闪存空间，以便在使用效率较低的编译器时容纳更多代码。根据芯片的最大时钟速度进行类似的分析有点棘手，因为大多数参数搜索不允许在最大时钟速度下搜索。

然而，如果我们比较来自同一芯片供应商系列的类似Cortex-M4 芯片，具有相同的封装、相同的闪存大小和 RAM 大小、32 位定时器的数量、D/A 转换器的数量等等。它们的通信接口可能略有不同（例如 I2C 和 SPI 的数量），但主要的区别是它们的最大时钟速度（100 MHz 与 180 MHz）。

那么，180 MHz 比 100 MHz 多多少成本？根据主要经销商的说法，是相当多的。以 1 万件为单位，180 MHz 芯片的价格是每件 3.78 美元，100 MHz 芯片是每件 2.89 美元（截至 2022 年 11 月）。这意味着，如果必须提高到更大的时钟速度以获得应用所需的性能，这意味着 30.8% 的差异。对于 1 万个单元的生产，这意味着超过 9 千美元的差异。正如所见，速度优化可以对 BOM 产生更大的影响，特别是大批量生产时。

编辑：黄飞