8051 Compiler erzielt 56% mehr DMIPS/MHz mit 30-50% kleinerem Kode.

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1 Kontakt: Nancy B. Green Nicky Douglas The William Baldwin Group HI-TECH Software ZUR VERÖFFENTLICHUNG AM 10 NOVEMBER Compiler erzielt 56% mehr DMIPS/MHz mit 30-50% kleinerem Kode. SiLabs C8051F9XX verbraucht 20% weniger Leistung, hat eine 40% geringere Interrupt-Reaktionszeit und benötigt bis zu 20% weniger SRAM ohne bank Qualifizierer oder C-Erweiterungen Acacia Ridge, Queensland, Australia, 10 November HI-TECH Software veröffentlicht heute einen omniscient ANSI C Compiler, der die DMIPS/MHz erhöht und gleichzeitig den Stromverbrauch der Silicon Labs 8051-basierenden mixed-signal MCU Familien reduziert, einschließlich der Ultra low-power, single-cell C8051F9XX Varianten. HI-TECH C PRO für die Silicon Labs 8051 MCU Familie reduziert die Interrupt Verzögerung, die Kodegröße und den SRAM-Bedarf, indem er die Interrupt-Kontext-Speicherung und die Registerverwendung dynamisch über alle Module eines C Programms optimiert. Das Ergebnis ist sowohl eine höhere Kode-Dichte als auch eine Verringerung der Anzahl der Prozessorzyklen für den Programmablauf. Und weniger Prozessorzyklen bedeutet, dass die CPU mehr Zeit im Sleep Modus verbringen kann. Dadurch wird der sowieso schon geringe Strombedarf der Silicon Labs MPUs weiter verringert. So erreicht der HI-TECH OCG Compiler beim Silicon Labs Dhrystone V1.1 Benchmark bei einer MHz Clock 55% mehr DMIPS/MHz und 49% kleineren Kode als jeder nicht-ocg Compiler (Tabelle 1). Dhrystone V 1.1 Benchmark Code Size SRAM DMIPS HI-TECH PRO nicht-ocg Compiler Unterschied -49.0% -0.2% +55.4%

2 Genauso produziert der HI-TECH C PRO für den Silicon Labs Ethernet Boot-Loader 30% kleineren Kode und das Ergebnis benötigt 20% weniger SRAM (Tabelle 2) SiLabs' Ethernet Boot Loader (8051F340) Code Size SRAM HI-TECH PRO nicht-ocg Compiler Unterschied -30% -20% Schnellere Interrupts reduzieren Stromverbrauch um 20% HI-TECH C PRO verwendet die omniscient code generation (OCG) Technologie. Diese sammelt umfassende Informationen über jede Register, Stack, Pointer, Objekt- und Variablen Deklaration des gesamten Programmes ermittelt. Sie nutzt diese Informationen um Register-Ausnutzung, Stack Zuweisungen und Pointer des gesamten Programmes zu optimieren. Sie stellt ebenfalls sicher, dass Variablen- und Objekt-Deklarationen in allen Modulen gleichartig erfolgen und entfernt unbenutzte Variablen und Funktionen. Compiler ohne OCG übersetzen die einzelnen Module unabhängig voneinander, ohne Informationen über andere Teile des Programms. Da sie nicht wissen, welche Register im übrigen Programm verwendet werden, müssen sie in der Regel alle acht General Purpose Register sowie andere On-chip Resourcen bei jedem Interrupt sichern. Dies benötigt bis zu 48 Takte. Im Gegensatz dazu hat ein OCG Compiler umfassende Informationen über jede Register, Stack, Pointer, Objekt- und Variablen Deklaration des gesamten Programmes. Da ihm genau bekannt ist, welche Register bei den einzelnen Interrupts wirklich benötigt weden kann der Interrupt-Kontext zur Compilierzeit dynamisch optimiert werden. Kode, der von einem OCG Compiler erzeugt wurde braucht nicht unbedingt alle Register für eine Interrupt-Behandlungsfunktion sichern. Dadurch können bis zu 48 Takte im Vergleich zu einem nicht-ocg Compiler eingespart werden. Als Beispiel betrachten wir eine Anwendung, die einen Audio Eingang mit 8kHz mit einem 10bit ADC abtastet und in die mu-law Kodierung umwandelt (8 bits, wie für die Telefon-Übertragung verwendet) und das Ganze über eine RS232 mit 115,200 Baud überträgt. Zusätzlich wird das Audio Signal verarbeitet und eine Aussteueranzeige betrieben. Es gibt Anforderungen an die CPU Clock Frequenz im Bezug auf die Baudrate. Die Clock Frequenz muss ein ganzzahliges Vielfaches der Baudrate sein (hier ) und gleichzeitig hoch genug, um den gesamten Ablauf 8000 mal pro Sekunde ablaufen zu lassen, nämlich für jede Abtastung ein Mal. Der Kode, den ein nicht-ocg Compiler für einen Silicon Labs single-cell C80519XXF erzeugt benötigt im Durchschnitt 108 Takte um den Interrupt und den Kode der Hauptschleife abzuarbeiten. Die maximale Taktzahl ist 135. Daraus ergibt sich eine minimale CPU Clock Frequenz von 1,08 MHz. Allerdings ist 1,08 MHz kein

3 ganzzahliges Vielfaches der Baudrate von Baud. Die Frequenz muss deshalb auf 1,1152MHz erhöht werden. Bei dieser Frequenz benötigt der C8051F9xx im Durchschnitt 248µA. Wird dasselbe Programm mit dem HI-TECH C PRO compiliert so benötigt es 93 Takte im Durchschnitt und 110 Takte as Maximum. Daraus ergibt sich eine erforderliche CPU Clock Frequenz von 880 khz. Die nächsthöhere Frequenz, die ein Vielfaches der Baudrate ist, ist khz. Bei dieser Frequenz benötigt der C8015F9XX im Durchschnitt 202µA und damit 22% weniger als der Chip, der das nicht-ocg Programm ausführt. Verzicht auf Speicher-Bereichs Qualifizierer möglich Die Microcontroller der Silicon Labs C8051 Familie verwenden eine hierarchische Speicher-Aufteilung mit 6 verschiedenen aber überlappenden Speicherbereichen. Die Compiler-Hersteller erweitern deshalb den C Sprachumfang um besondere Qualifizierer, mit denen der Programmierer jeder Variable den Speicherbereich zuweisen kann um die Ausführungsgeschwindigkeit zu verbessern. Diese manuelle Zuordnung macht den Kode jedoch nicht mehr portierbar und bedeutet zusätzlichen Entwicklungsaufwand für bestmögliche Resultate. Ausserdem wird die getroffene Zuordnung der Variablen zu Speicherbereichen in der Regel im Verlauf der weiteren Programmentwicklung ungünstiger und verschlechtert dadurch die Programm-Leistung. Der HI-TECH C PRO vermeidet dieses Problem komplett. Da er über das gesamte Programm genau weiss, auf welche Variable wie zugegriffen wird und welche Variablen voneinander abhängig sind kann er die Position der Variablen und die Zeiger darauf optimal auf die Speicherbereiche verteilen. Globale und static Variablen werden im verfügbaren Speicher aufgrund ihrer Grösse und der Anzahl der Verwendungen verteilt. Funktions- Parametern und auto Variablen wird eine Adresse auf dem kompilierten Stack zugewiesen. Zusätzliche Befehle zum Zugriff auf Daten im erweiterten Speicher werden so minimiert oder ganz vermieden. Der Compiler nutzt für Variablen, die nicht gleichzeitig verwendet werden, denselben Speicher und reduziert so den RAM Bedarf um bis zu 80%. Dafür ist kein Eingriff des Programmierers oder eine C Erweiterung erforderlich. Der HI-TECH PRO Compiler mit OCG kennt alle benutzten Variablen und Zeiger in allen Programm-Modulen und wie oft sie verwendet werden. Er definiert ohne Mithilfe des Programmierers für jeden Zeiger die Adressbereiche mit optimaler Effizienz für die C8051 Architektur. Er weiß ausserdem genau wie gross der Stack sein muss und wo er liegt bevor der Programmkode erzeugt wird. Variablen, auf die oft zugegriffen wird, werden in den RAM Bereichen abgelegt, auf die am schnellsten zugegriffen werden kann, während weniger oft verwendete Daten in das XDATA RAM gelegt werden. Dies führt zu einer erhöhten Kode-Dichte durch Verringerung der Anzahl der längeren movx Anweisungen und kann zu einer deutlichen Leistungssteigerung bei weniger SRAM Bedarf führen. Register Nutzung. Normale C8051 Compilers reservieren bis zu sieben Registers zur Speicherung von Parametern für Programmaufrufe. Werden mehr als sieben Register für die Parameter benötigt so werden die übrigen über den Stack (im RAM) übergeben. Dies benötigt viele CPU Takte und damit mehr Leistung und

4 RAM. Die aufgerufenden Funktionen rufen oft ihrerseits weitere Funktionen auf und so weiter. Werden dabei wieder Parameter übergeben, so müssen zunächst die eigenen Aufrufparameter auf dem Stack gesichert werden, bevor die Register wieder verwendet werden können. So werden Daten laufend zwischen Registern und dem Stack im RAM hin und her kopiert. Dies verschwendet sowohl RAM als auch CPU Takte und bläht das Programm mit zusätzlichen Anweisungen auf. Der 'omniscient code generator' im HI-TECH PRO Compiler weiß genau, welche Register an jedem Punkt im Programm verfügbar sind und welche nicht. Dieser kann daher die Registerverwendung ohne Einschränkungen optimieren. Bei zwei- oder dreistufigen Funktionsaufrufen weist der OCG Compiler die Parameter verschiedenen nicht überlappenden Registersätze zu und kann so des öfteren Kode zum Zwischenspeichern der Register im RAM komplett vermeiden. Dies führt zu einer besseren Ausnutzung der verfügbaren Register, weniger CPU Takten, die zum Kopieren von Parametern zwischen Stack und Registern verschwendet werden, und auch einem geringeren RAM Bedarf. Gleichzeitig wird das Programm kleiner da weniger oder keine Anweisungen zum Sichern der Parameter auf dem Stack benötigt werden. Debuggen mit Optimierungen. Der HI-TECH PRO Compiler für den Silicon Labs C8051 ist der einzige Compiler auf dem Markt der das Debuggen von Kode bei aktivierter Compiler-Optimierung erlaubt. In der Regel kann Kode, der mit voller Optimierung übersetzt wurde nur schwer oder gar nicht debuggt werden. Dies macht es sehr schwer Fehler zu finden. Der HI-TECH Pro Compiler sichert automatisch den Zusammenhang zwischen dem Objekt-Kode und dem zugrunde liegenden C-Kode und ermöglicht dadurch das schnelle und einfache Debuggen von optimiertem Kode. Vollständig in die Silicon Labs IDE integriert. Der HI-TECH C PRO Compiler ist vollständig in die Silicon Labs IDE integriert, so wie die meisten 3rd-party Entwicklungswerkzeuge. Der HI-TECH C PRO läuft auf mehreren Plattformen wie Windows (2000, XP, Vista 32/64), Linux und Mac OS X. Bibliotheks- und Laufzeit-Kode enthalten. Der HI-TECH PRO Compiler für den Silicon Labs C8051 ist mit den kompletten Quelltexten aller Bibliotheksfunktionen verfügbar, einschliesslich des Startup-Kodes, der vom Compiler automatisch für das Programm bei der Übersetzung erstellt wird. Es gibt keine Einschränkungen für die Nutzung des ausführbaren Bibliothekscodes. Preise und Verfügbarkeit. Der HI-TECH C PRO für die Silicon Labs 8051 MCU Familie ist ab sofort bis zum 31. Dezember 2008 zu einem Einführungspreis von US$1195 verfügbar. Danach beträgt der Verkaufspreis US$1495. Im Preis sind 12 Monate HPA (HI-TECH Priority AccessTM, Zugang zu Updates und technischer Unterstützung) und eine 30-Tage Geld-Zurück-Garantie enthalten. Mehr-Benutzer- und Schulungslizenzen sind zu Sonderpreisen verfügbar.

5 Kostenlose Testversion. Eine voll funktionsfähige 45-Tage Testversion des HI-TECH C PRO für die Silicon Labs 8051 MCU Familie ist kostenlos zum Download auf der HI-TECH Website erhältlich. Zusätzliche Informationen zum HI-TECH C PRO für die Silicon Labs 8051 MCU Familie sind verfügbar unter ### Über HI-TECH Software. HI-TECH ist ein international erfolgreicher Entwickler von Entwicklungswerkzeugen für Embedded Systeme. Zur Produktpalette gehören Compiler und eine Eclipsebasierte IDE (HI-TIDE) für 8-, 16- und 32-Bit Microcontroller und DSP Chip Architekturen von Microchip, Cypress, Silicon Labs, Atmel, NXP und anderen grossen MCU Herstellern. HI-TECH ist der wichtigste Third- Party Anbieter von Compilern für die gesamte Palette der Microchip PICmicro MCU un DSC mit einem weltweiten Marktanteil von etwa 64% und der vom Hersteller empfohlene Compiler-Hersteller für die Cypress Semiconductors PSoC Mixed-Signal Arrays, MCUs und DSCs, und liefert seit mehr als 15 Jahren hervorragende 8051 Compiler. Die Produkte werden von mehreren zehntausend Entwicklern genutzt, unter anderem bei General Motors, Daimler-Chrysler, BMW, Whirlpool, Qualcomm, John Deere, Siemens und EBM-Papst. HI-TECH Software wurde 1984 von Clyde Stubbs in Brisbane, Australien, gegründet und hat ein Büro in den USA und Distributoren überall in der Welt. Für den deutschsprachigen Raum wird HI-TECH durch die REICHMANN GmbH mit Sitz in Osterburken, Deutschland, vertreten.