程序速度优化案例分析.ppt

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1、程序速度优化案例分析2006-3-27软件DSC简介凸阵式扇形扫查的回波信号是极坐标形式的。图示出这种极坐标形式的采样点与光栅扫描显示像素间的位置关系。软件DSC简介对于每一个象素点，需要找到与其相邻的四个采样点进行线性插值，得到该点灰度值。软件DSC简介DSC要解决的两个主要问题是：坐标变换及插补处理。首先要将屏幕上每个象素点(DisX,DisY)转化为以探头圆心为原点的直角坐标系中的坐标(X,Y)，再将(X,Y)转换为极坐标(R,θ)，然后求得对应扫描线线号(Col,Row)。提高代码执行效率的准备工作建立起时间测试框架以递增方式做测试打开编译器的优化选项打开编

2、译器的优化选项为了便于调试，编译器在Debug下一般对代码不作或只作很少的优化，所以依据Debug版的测试结果来作为效率改进的依据有时可能意义并不大，编译器可能已经作了你想作的优化。软件DSC速度改进过程单B图像（35c50ha探头，深度5.17），速度大约为13.7帧/秒，显然不具备实时性。(测试所用机器配置如下：cpu:奔腾四2.8G，L1datacache8KBytes，L2cache512KBytes。)95％以上时间花费在此UConvexDSC::DSC()对于屏幕上每个象素点来说，对于给定探头，如果深度、放大系数、偏移系数固定，每个点对应极坐标位置和插值

3、系数是固定的。如果将第一次的计算结果存储到表格中，以后计算时不需要重新计算每个点的坐标位置和插值系数，而使用表格中存储的数据，直接进行插值运算。不需要每帧都进行计算以空间效率换取时间效率经过这一步优化，耗时从72ms减少到8.8ms，达到113.9帧/秒。循环内判断应当移到循环外部将循环体的逻辑判断移到循环体外通过这一修改，耗时从8.8ms减少到5.5ms，达到180.8帧/秒。存在冗余计算存在冗余计算循环体内工作量最小化，减少冗余的操作这一步改进使得耗时从5.5ms减少3.6ms，达到274帧/秒。CPU的cache对性能的影响位于CPU芯片上的L1高速缓存的访问

4、速度几乎和访问寄存器堆一样快，CPU可以在一个时钟周期内访问它们。L2高速缓存是通过一条特殊的总线连接到处理器的，访问L2的时间开销要比访问L1大5倍。而通常CPU需要几十或几百个时钟周期才能访问到内存。存储器层次结构分层结构的中心思想是，对于每个k，位于k层的更快更小的存储设备作为位于k+1层的更大更慢的存储设备的缓存。存储器层次结构中的基本缓存原理L0和L1层之间传送通常使用1个字的块，L1和L2之间以及L2和L3之间的传送通常使用4~8个字的块。局部性原理时间局部性在一个具有良好时间局部性的程序中，被引用过一次的变量很可能在不远的将来再多次被引用(重复引用一个

5、变量)。空间局部性在一个具有良好空间局部性的程序中，如果一个存储器位置被引用了一次，那么程序很可能在不远的将来引用附近的一个存储器位置。局部性原理对速度的影响测得软件DSC耗时增大了5.07ms，速度为98.0帧/秒，速度降低65%！局部性原理对速度的影响C语言以行优先顺序存储数组，二维数组在内存中存放顺序如下：如果高速缓存和内存之间传送数据块大小是4个字，则原来的代码缓存命中率为75%，而调整后的代码缓存命中率为0。Cpu每次读数据时都必须到内存中去读，导致效率大幅度降低。数据存储方式对效率的影响修改后耗时减少0.0486ms，速度变为277.7帧/秒，速度只提高

6、了1.38%。原因分析假设L2cache每次从内存中读入6个字的数据，在读某个象素的参数时没有命中，将该参数所在数据块一起读入到cache中，如上图所示。之后对row、insert0~insert3的访问都会命中，命中率为5/6。原因分析而原来的存储方式在读col[0]时没有命中，会将col[0]~col[5]内容读入cache中，对于Row[0]等也是如此，虽然在读第0点参数时命中率为0，但后面的5个点的参数已经读入到cache中，命中率同样为5/6。因而速度变化并不显著。代码耗时比例插值和后处理耗时46％双重循环耗时8％比较这一步耗时39%耗时不在比较和赋值操作

7、，而在于从内存中读取数据通过提高空间效率提高时间效率调整完后的DSC_PARAM结构所占内存空间只有原来的1/3，通过测试，耗时从3.6ms减少到3.1ms，运算速度变为317帧/秒，速度提高13%。这一步修改通过减少数组的大小，减少了cpu从访问内存的次数，提高了cache的利用率。测试数据表格测试所用机器配置cpu:奔腾四2.8G，L1datacache8KBytes，L2cache512KBytes，512M内存。测试单B图像，35c50ha探头，深度为5.17。原始运算速度为15.7帧/秒。耗时（ms/帧）软件DSC速度(帧/秒)速度提高百分比优化之前7