float型全局变量和全局常量，用于数据计算时的处理速度为什么会不一样？有什么办法解决速度问题？

yuzeyuan1

代码中有float y....float x

当
#define   aaa   1.4
float y;
y = 1.1 * 1.2 + 1.3 * 1.4;或y = 1.1 * 1.2 + 1.3 * aaa;
这两种写法的执行时间都为30us左右。

当
float y;
float x = 1.4
y = 1.1 * 1.2 + 1.3 * x;
这种写法执行时间为300us左右。

请问各位大佬
1、为什么这两种处理的时间会差这么大？就因为一个取变量，一个取常量？
2、我这个x是用于数据迭代的，所以只能是变量，还有任何办法让它的速度跟常量一样吗？

511386807

把小数先转换成整数，计算完成后在转成小数。

LcwSwust

编译器若有优化，可能在编译时就把结果算好了，程序到时只需赋值而无需计算过程。
如非必要，不要用浮点运算，用整数代替小数，如123代替1.23，只需要在需要显示的时候显示出一个小数点即可。

游走在01的海洋

我是从CPU去内存中存取数据这个角度来看的。首先要明确一点：CPU执行指令的速度远远大于CPU从内存中存取数据的速度；所以在CPU执行指令的时间远远小于CPU从内存中存取数据的时间。

再看代码：
#define aaa 1.4 是宏定义，在代码预编译期间，就会将宏定义的值1.4替换aaa；换言之，y = 1.1 * 1.2 + 1.3 * 1.4;或y = 1.1 * 1.2 + 1.3 * aaa；这两条代码在CPU执行时是没有区别的。


但是：y = 1.1 * 1.2 + 1.3 * x;这条指令中x是个变量，内容存储在内存中，所以CPU执行到这里的时候会有一个去内存“取值”的过程，从而导致处理时间加长。

ufbycd

常量时，y值在编译时就已经确定，运行时没有计算过程；
变量时，y值只能在运行时确定，运行时就有计算过程。
编译器开不开优化都会是这样。

三叶草

你的研究下预编译就知道为什么了

edmund1234

会差一点， 但不可能差10倍， 换个编译器版本试试吧
难道用的是51？

xfcjava3

//请注意：作为浮点数计算，你一定要在小数后面加数据类型符号'f'，
//不然编译器默认按照:double数据类型计算，程序那就会执行较长的时间！！！
//不信的话，请试试下面的函数，执行速度就会很快！
float  float_function(void)
{       
        float y=0.0f;
        float x = 1.4f;
       
        y = 1.1f * 1.2f + 1.3f * x;
       
        return y;
}

winuc

第一个y,在编译的时候就确定具体的值，相当于写y=xxx.xxx ;
第二个y,需要mcu运行，计算。差10倍不算什么。

edmund1234

winuc 发表于 2020-12-25 09:04
第一个y,在编译的时候就确定具体的值，相当于写y=xxx.xxx ;
第二个y,需要mcu运行，计算。差10倍不算什么。

可否说详细点， 这多出来的9倍时间， CPU都做了些啥吗？

ricefat

edmund1234 发表于 2020-12-25 11:23
可否说详细点， 这多出来的9倍时间， CPU都做了些啥吗？

第一条运行过程根本不需要算，程序编译时候就有结果了，结果已经写到了FLASH，用的时候直接读取结果到sram就行。
第二条是要把中间变量的值从flash拿到SRAM，再拿到CPU去计算，结果再送回SRAM，而乘法和除法本身就需要更长的运算时间。
8位51单片机ADD加法指令需要1个机器周期，而乘除法需要4个机器周期，而前面将flash内容搬运到RAM需要2个机器周期，时间能相差一倍，如果是多字节乘除会差距更大。
32位的应该也是类似的原因。

winuc

edmund1234 发表于 2020-12-25 11:23
可否说详细点， 这多出来的9倍时间， CPU都做了些啥吗？

我觉得你需要学习一些汇编的知识，之后就会明白了。

yuzeyuan1

edmund1234 发表于 2020-12-24 18:38
会差一点， 但不可能差10倍， 换个编译器版本试试吧
难道用的是51？

不好意思，这些天在弄代码，公司没有网不方便上论坛。
现用的MSP430，目前要求主频只能限4M和32768，RAM只有2K，所以得省吃简用的。
我想做一个低通滤波的东西，函数在STM32里测试过可用，就开始移植了，单纯想试试MSP430能不能负担的起来。
现在是有几个情况想继续说明一下和问一下：
1、网上说浮点乘除法运算慢，基至2000个机器周期。。。。。这个我测试好像double型的确实将近2000个周期。float型的可能在100个周期左右。
2、比较有意思的一点是，我实测了一下各种运算的耗时，发现float型乘法1.4*AAA，用了110个机器周期。而1.3+AAA用了200个机器周期。也就是说加法比乘法运算还要慢一倍？？？这我就很诧异了。。。什么原因导致的？不应该是乘法慢吗？我找了好久都没发现任何其它问题。
3、大家从来都说不要用浮点运算，包括我用STM32这么多年，浮点运算上也吃过不少亏。一个原因是运算速度慢。另一个更主要的原因是它会导致工程中某些数据莫名其妙出错。我一直怀疑是硬件原因，浮点数据占用的位置溢出导致的，又不是我们写代码的问题。
但是，重点是，试了MSP430后发现，代码里到处都在用float，没有任何地方出错，我自己试着加代码，也没出错。。。这又很诧异了，数据容易出错，难道是STM32自己不稳定导致的问题？
4、代码优化等级的事，以前用STM32觉得自己没那么NB，所以从来不敢开优化，也没研究过优化功能。现在为了节省资源，不得不优化了。请问这优化都搞了啥了，为啥明明对的逻辑优化后就错了。。。
举个例子
不加优化：
for(i = 0;i <2;i++),执行起来没错，最后i会变成2。
for(i = 0;i < 200;i = i + 110),执行起来也没错，最后会变成220.
加优化
for(i = 0;i <2;i++),执行起来没错，最后i会变成2。
for(i = 0;i < 200;i = i + 110),执行起来不对，最后会变成110.而且不是每次执行完都是110，可能

yuzeyuan1

ricefat 发表于 2020-12-25 12:17
第一条运行过程根本不需要算，程序编译时候就有结果了，结果已经写到了FLASH，用的时候直接读取结果到sra ...

大佬请看前一楼，继续问了点儿问题

yuzeyuan1

三叶草 发表于 2020-12-24 18:30
你的研究下预编译就知道为什么了

你好，请教一下，我一直认为预编译只要扩展开#define，并不会做计算，如果预编译可以做计算的话，做1.1*1.2*1.3*AAA，或是做1.1*AAA，其中AAA为变量，首先是不是处理时间不会变，但实际上它是在变的。1.1*1.2*1.3*AAA耗费了更多时间。
另外如果1.1*1.2*1.3*AAA/2.3/2.4，它会怎么做？总不能是留下AAA，而先把其它的都算完吧，所以是不是可以这么说，一句代码里如果带变量它在预编译时就不会预先计算？如果全是常量就会预先算完？

另外想问一下，这个事如果带上代码优化，优化等级选最高，有没有可能它真的把1.1*1.2*1.3/2.3/2.4先算完了。。。那我的数岂不是没按预想的来实现，怕是多少会损失精度吧。
期待解答

pdwdzz

yuzeyuan1 发表于 2020-12-28 16:29
你好，请教一下，我一直认为预编译只要扩展开#define，并不会做计算，如果预编译可以做计算的话，做1.1*1 ...

如果AAA是常量，预处理就会计算完，计算出的常量精度看常量有没有修饰。没修饰编译器默认来。如果是变量，编译器会评估预处理会不会影响结果。进行部分预处理或不预处理。

三叶草

yuzeyuan1 发表于 2020-12-28 16:29
你好，请教一下，我一直认为预编译只要扩展开#define，并不会做计算，如果预编译可以做计算的话，做1.1*1 ...

其实预编译的时候就已经把那部分常量计算好了，这样效率才高的。其实这是典型的用空间换时间的方式之一。

bootblack

不可能有这么长时间吧，你是否只是给出了部分代码。
我也使用430，我跑8M主频，没发现什么问题呀。
请注意：例如，1.2，这不是float类型，系统默认是double类型。如果你想把它改为float类型，请务必使用1.2f。

htao

小数1.3，不是1.3f ，是double型吧，强转再计算， 计算有300us的话，应该有问题吧。之前在f4系列上，测试过，好像是几百次运算才几ms，然后尽量多用 加减， 少用乘，更要少用除法。

聚东风

htao 发表于 2020-12-29 09:22
小数1.3，不是1.3f ，是double型吧，强转再计算， 计算有300us的话，应该有问题吧。之前在f4系列上，测试过 ...

他主频才4M....

聚东风

yuzeyuan1 发表于 2020-12-28 16:08
不好意思，这些天在弄代码，公司没有网不方便上论坛。
现用的MSP430，目前要求主频只能限4M和32768，RAM ...

用TI的MSP430,请不要用常规思维,会死的难看的,原因有以下几点:
1.芯片设计时好像是在2000年左右,反正上市好像就2005
2.MSP430为了省电,省了很多逻辑单元,我做到最低的电流是0.5uA,确实没什么想法了

yuzeyuan1

htao 发表于 2020-12-29 09:22
小数1.3，不是1.3f ，是double型吧，强转再计算， 计算有300us的话，应该有问题吧。之前在f4系列上，测试过 ...

13楼有断长的文字，其中第二条就很奇怪，我实测效果是加法比乘法要更耗时，想不通为什么

yuzeyuan1

聚东风 发表于 2020-12-29 11:20
用TI的MSP430,请不要用常规思维,会死的难看的,原因有以下几点:
1.芯片设计时好像是在2000年左右,反正上 ...

恩呢，430的低功耗真是思料之外的舒服。
430常规应该也是用在表体上吧？在室外一放就是十年那种。
但是我感觉，表体终归是要做一些计算处理的，至少在浮点运算这块，430做的也是相当的稳定

yuzeyuan1

bootblack 发表于 2020-12-29 09:16
不可能有这么长时间吧，你是否只是给出了部分代码。
我也使用430，我跑8M主频，没发现什么问题呀。
请注 ...

代码的话，我其实只是在用430做个测试，顺便看看性能，所以代码除了驱动和几个for循环处理几个加法乘法，再没别的东西。正常跑代码确实没什么问题，但是我现在是想加一个数据迭代处理，每次迭代都是一阶滤波，几十个us就想进行一次迭代。所以整出来一堆麻烦事。

我现在改用了8M，确实效果好了非常多。。。

1.2f这个东西，我目前是在用的。

bootblack

yuzeyuan1 发表于 2020-12-29 16:32
代码的话，我其实只是在用430做个测试，顺便看看性能，所以代码除了驱动和几个for循环处理几个加法乘法， ...

想办法优化你的代码。
我也是使用430做仪表，而且我的表其实功能也很多，上一个工程师用stm32跑72M主频都说慢。
但是我用8M主频同样也能满足需求，并且并不慢。
总结下来，尽可能优化你的代码。
备注：之所以用8M主频，归根到底还是降低功耗，我的这款芯片最低是跑8M主频。

godark

define是一种替换式的，并非定义变量，我记得直接写进了code区了，也就是norflash，float多一个开辟内存在sram里，处理上define是在编译时，float是在运行时！！！！！

shumivan

为了速度,我一般都会扩大N+1倍,计算完成后在缩小之前检查最后一位是大于5还是小于5,做进位判断,然后再缩小回原来的位数即可.