这段浮点运算代码性能为何如此低下

[Leon6868]

• 编译环境：ESP-IDF 4.4
• 运行设备：ESP32S3 ，已经在编译选项中开启性能优化模式，并把 CPU 频率调到了 240MHz 。
• 目的：模拟 ESP32S3 处理图片，并测试性能
• 问题：测试时发现，以这个参数执行下来，每次 ESP_LOGI 间隔 163813 微秒，平均下来一次 float 计算要 1 微秒，与芯片性能严重不符。请问是什么原因导致的呢？

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_system.h"
#include "esp_log.h"
#define M2T(X) ((unsigned int)(X) / portTICK_PERIOD_MS) // ms to tick

#include "esp_random.h"

#include <sys/time.h>

static const char *TAG = "main";
#define dataLen 14400

void makeMatrixUint8(uint8_t *buf, int len)
{

    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        esp_fill_random(&buf[i], sizeof(uint8_t));
    }
}
void makeMatrixFloat(float *buf, int len)
{

    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        esp_fill_random(&buf[i], sizeof(float));
    }
}

static void testTask()
{
    uint8_t *testData1 = (uint8_t *)malloc(sizeof(uint8_t) * dataLen);
    float *testData2 = (float *)malloc(sizeof(float) * dataLen);
    struct timeval tv_d0;
    struct timeval tv_d1;

    while (1)
    {
        makeMatrixUint8(testData1, dataLen);
        makeMatrixFloat(testData2, dataLen);
        gettimeofday(&tv_d0, NULL);
        for (int t = 0; t < 10; t++)
        {

            for (int i = 0; i < dataLen; i++)
            {
                testData2[i] = testData1[i] * 0.3;
            }
        }
        gettimeofday(&tv_d1, NULL);
        ESP_LOGI(TAG, "%lu", 1000000 * (tv_d1.tv_sec - tv_d0.tv_sec) + (tv_d1.tv_usec - tv_d0.tv_usec));
        
        vTaskDelay(1);
    }
}

void app_main()
{
    xTaskCreate(testTask, "servoTask", 1024 * 4, NULL, tskIDLE_PRIORITY, NULL);
}

[zk8802]

看一下编译生成的二进制代码，里面的浮点运算是软件模拟的浮点指令还是硬件浮点指令？

[geekzjj]

gettimeofday 以及 log 函数本身的性能损耗测过吗？

[biggates]

你用 `esp_fill_random()` 的话，是不是只要把整个 `buf` fill 一次就行了，不需要循环去 fill 每个元素？

[biggates]

原文: This function automatically busy-waits to ensure enough external entropy has been introduced into the hardware RNG state, before returning a new random number. This delay is very short (always less than 100 CPU cycles). 所以你 dataLen 14400 的时候，每次 delay 加起来就很大了。src: https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/zh_CN/v4.4.4/esp32/api-reference/system/random.html#_CPPv410esp_randomv

[Leon6868]

@biggates
@geekzjj
非常抱歉，我的表述有误，问题中的“163813 微秒”指的是代码中通过 `ESP_LOGI(TAG, "%lu", 1000000 * (tv_d1.tv_sec - tv_d0.tv_sec) + (tv_d1.tv_usec - tv_d0.tv_usec));` 输出的时间间隔。刚刚测试了一下，gettimeofday 以及 log 函数损耗都非常小；`esp_fill_random()`没有参与计时，就算移到循环外，整体运算时间都没有变小。

[misdake]

0.3 改成 0.3f

[misdake]

godbolt 反汇编： https://godbolt.org/z/or71efds8

double 乘法还是走的软件模拟，类型转换也是。会先后调用 floatsidf muldf3 truncdfsf2 这三个函数，所以很慢吧。
改成 0.3f 之后，就全是正常指令了，float.s mul.s 这类，不需要调用其他方法。

[misdake]

esp32-s3 模拟： https://wokwi.com/projects/361855375362930689
0.3 打印的时间是 1891678
0.3f 打印的时间是 166518
性能提高 10 倍

[misdake]

作为对比，去掉* 0.3 的代码，只做类型转换 testData2[i] = testData1[i]，模拟器打印时间是 116627 ，和 0.3f 的版本相比性能提升幅度很合理

[biggates]

@misdake 学习了 感谢

[misdake]

@biggates 所以解决了吗 我在模拟器上跑的运行时间和你给的运行时间区别还是挺大的

[Leon6868]

@misdake 非常感谢！

[Leon6868]

@misdake 加上 f 后，真机上直接快了两个数量级！非常感谢！原来是编译器把这个当成 double 处理了啊 :( 学到了！