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RISC-V代码密度相比Cortex-M差距明显

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楼主
imdx|  楼主 | 2021-6-22 17:35 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
RISC-V, 代码, Cortex-M, 编译, ARM, GCC
自己的Xboot工程，在ARM的M0/M3/M4/M23/M33平台下面，全部可以在7kB闪存以内实现，几个架构差异不大，7kB闪存普遍剩余一两百个字节。
最近把它移植到RISC-V上，芯片型号GD32VF103CBT6，同样的一套代码，使用gcc编译，-Os面积优化，固件尺寸11520字节。超过11kB了，速度优化代码尺寸超过16kB。
ARM算7kB，两者对比，7*1024/11520*100%=62.2%，也就是说，同样的功能，Cortex-M只需要RISC-V六成多一点的代码就能实现。
当然还有一个变量要考虑，ARM使用AC6编译，RISC-V使用gcc编译，编译器的效率也会有一定差异。
调试方面RISC-V只能用JTAG（GDLink可以支持），相比之下Cortex-M的SWD调试用起来更方便一些。
至此GD32家的M3/M4/M23/M33/RISC-V五种核心全部盘完了。


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沙发
sonicll| | 2021-6-23 08:52 | 只看该作者
本帖最后由 sonicll 于 2021-6-23 09:05 编辑

其实主要还是编译器的问题，你可以试试用GCC编译ARM的工程，代码尺寸也比用ARMCC大很多。或者你可以试试用IAR，GD32VF103是支持IAR的，效果估计会比GCC好点。RISCV调试用不了SWD，这个好像是因为SWD是ARM的专利。

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板凳
imdx|  楼主 | 2021-6-23 09:07 | 只看该作者
sonicll 发表于 2021-6-23 08:52
其实主要还是编译器的问题，你可以试试用GCC编译ARM的工程，代码尺寸也比用ARMCC大很多。或者你可以试试用I ...

编译器会是一个因素，我在文中也提到了。以后有时间了我用GCC编译一下ARM的工程试试。
IAR也提到过它的编译器代码密度比其它工具（GCC）强。
不过本身RISC-V代码密度不如ARM的Thumb-2指令集这也是事实，至于差多少，还需要进一步验证。

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地板
pq113_6| | 2021-6-24 13:16 | 只看该作者
GCC编译没这么差吧，用STM32F103，MDK和GCC编译对比。
MDK：
Program Size: Code=9108 RO-data=1120 RW-data=92 ZI-data=1932  
GCC：
Program Size:
     Ram Size: 0x5000(20KB), used: 3000(14.64844%)
     Rom Size: 0x10000(64KB), used: 9156(13.97095%)

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imdx 2021-6-24 17:21 回复TA
通常ARMCC编译结果会比GCC好一些，这很正常，要不ARMCC怎么卖钱呢。 
5楼
imdx|  楼主 | 2021-6-24 17:22 | 只看该作者
另外一个RISC-V与Cortex-M代码密度对比实例，这次是一个稍微复杂一点的工程，使用了USBFS，仍然是同一套代码，编译器
AC6 vs GCC，都是面积优化。
Cortex-M型号为GD32E103C8T6，固件尺寸0x3930=14640字节
RISC-V型号为GD32VF103CBT6，固件尺寸0x5B93=23443字节
14640/23443*100%=62.4%，和之前的测试结果一致，ARM只需要RISC-V的六成多一点的代
码。
如果以Cortex-M为基准，那么是23443/14640*100%=160.1%，同样的功能RISC-V要多占用
6成的FLASH空间。选器件的时候RISC-V的FLASH要选大一个规格的。

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6楼
jcdzxh| | 2021-6-24 17:54 | 只看该作者
RV汇编时钟数也比cortexm差距明显，测试方法是翻IO看逻辑分析

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7楼
imdx|  楼主 | 2021-6-24 18:17 | 只看该作者
jcdzxh 发表于 2021-6-24 17:54
RV汇编时钟数也比cortexm差距明显，测试方法是翻IO看逻辑分析

是否有定量数据？

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8楼
pq113_6| | 2021-6-25 08:40 | 只看该作者
imdx 发表于 2021-6-24 17:22
另外一个RISC-V与Cortex-M代码密度对比实例，这次是一个稍微复杂一点的工程，使用了USBFS，仍然是同一套代 ...

是不是RISC-V没有类似ARM的Thumb，所以代码密度比较高

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9楼
xdqfc| | 2021-6-25 09:31 | 只看该作者
咱感觉测试的方法有待商榷，咱认为应该先编写一个main（）空程序，看看编译后的初始代码是多少，，然后再此基础上，编一套相同的程序，看看增加的代码是多少，最后比较两种核的增加的代码量。是比较增加的代码量，因为初始的汇编起动代码肯定是不相同的，大小肯定不一样，比较这个是没有意义的。

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10楼
xxo21| | 2021-6-25 14:07 | 只看该作者
大概率是库的问题，你把printf sprintf scan之类的函数都注释掉，然后编译release版本试试，

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11楼
imdx|  楼主 | 2021-6-25 18:42 | 只看该作者
之前对比了RISC-V和Cortex-M的代码密度，结论是同样功能，RISC-V要多用大约6成的FLASH空间，追求面积优化的应用器件选型时需要注意，那么性能如何呢？本文对比了一下。
测试方法使用Dhrystone 2.1源代码，RISC-V分别和M4，M3核心对比，测试结果如下：
RISC-V芯片，GD32VF103，RV32IMAC核心，8M主频，GCC编译器
  • -O3优化，实测时间54.39ms
  • -Os优化，实测时间94.09ms
  • -Ofast优化，实测时间54.39ms，与-O3完全一样
ARM芯片，GD32F330，Cortex-M4核心，8M主频，AC6编译器
  • -O3优化，实测时间38.40ms
  • -Os优化，实测时间39.15ms
  • -Ofast优化，实测时间38.40ms，与-O3完全一样
  • -Oz优化，实测时间57.09ms
GD32F103，Cortex-M3核心，8M主频，AC6编译器
  • -O3优化，实测时间45.92ms
  • -Os优化，实测时间46.68ms
  • -Ofast优化，实测时间45.92ms，与-O3完全一样
  • -Oz优化，实测时间64.88ms
结论：
最大速度优化情况下，RISC-V执行时间是M4的54.39/38.40*100%=141.64%，是M3的54.39/45.92*100%=118.45%。
粗略来看，RISC-V同频性能比M4慢大约4成，比M3大约慢2成。当然这里面肯定有编译器的差距，GCC肯定是要比AC6弱的，这点毋庸置疑。
ARM也有GCC编译器可用，不过大多数ARM用户都是使用ARM的编译器，对比两者在GCC编译器下的表现意义并不大。
还有一点是GD没有提供GCC编译器的startup文件，我也懒得再去自己写了。

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12楼
imdx|  楼主 | 2021-6-25 18:44 | 只看该作者
xxo21 发表于 2021-6-25 14:07
大概率是库的问题，你把printf sprintf scan之类的函数都注释掉，然后编译release版本试试， ...

我要是告诉你Debug版本可以比Release版本代码小你会不会很吃惊？

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13楼
xdqfc| | 2021-6-26 08:56 | 只看该作者
ARM的是很好，但是，那是人家的东西，关系不好的时候，随时断货，RISC_V，起码自主可控，而且正在不断的发展中，像楼主说的情况，感觉跟指令集无关，否则在开始比较的时候就会有人说明的，估计跟编译器有关系，后期肯定会有提高的，总之，慢慢来吧，起码自主可控。

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14楼
K_O_Carnivist| | 2021-6-26 19:10 | 只看该作者
这个是不是可以看map文件，对比一下具体哪里差的比较大？另外楼主开LTO了吗？

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15楼
yklstudent| | 2021-6-28 09:08 | 只看该作者
请教你们都是如何在线烧录和调试的？

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16楼
imdx|  楼主 | 2021-6-28 14:18 | 只看该作者
yklstudent 发表于 2021-6-28 09:08
请教你们都是如何在线烧录和调试的？

方法很多，GDLink，DFU，ISP都可以。

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17楼
yklstudent| | 2021-6-29 21:14 | 只看该作者
imdx 发表于 2021-6-28 14:18
方法很多，GDLink，DFU，ISP都可以。

都只是可以烧录，没法在线调试

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18楼
zyw123456789| | 2021-7-1 17:42 | 只看该作者
楼主编译时有没有开启 "Compressed extension(RVC)" 和“Small prologue/epilogue(-msave-restore)” 这两个编译选项？按道理代码密度差不了这么大。特别是-msave-restore选项，对代码量的影响很大。

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19楼
imdx|  楼主 | 2021-7-1 18:10 | 只看该作者
zyw123456789 发表于 2021-7-1 17:42
楼主编译时有没有开启 "Compressed extension(RVC)" 和“Small prologue/epilogue(-msave-restore)” 这两 ...

主贴的测试代码中：RVC是开了的，没有开-msave-restore选项。
打开-msave-restore，同时打开-flto开启链接时优化，代码体积从12352字节降低到12064字节，降低了2个点多一点。本身代码加了一些功能，从11520字节增加到了12352字节，开启-msave-restore和-flto选项后降低到了12064字节。12064/12352*100%=97.67%。
整体上，RISC-V和ARM Cortex-M代码密度差距还是十分明显，并不影响主贴的结论。

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20楼
imdx|  楼主 | 2021-7-1 18:13 | 只看该作者
zyw123456789 发表于 2021-7-1 17:42
楼主编译时有没有开启 "Compressed extension(RVC)" 和“Small prologue/epilogue(-msave-restore)” 这两 ...

RISC-V的用户，大部分同时都是Cortex-M用户，想验证这个结论并不难，找一个工程分别在Cortex-M和RISC-V下编译下就知道了。

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