网站建设电话销售说不需要,墨尔本网站建设,网站建设微信运营推广,少女的ppt高清模板免费做多轴机械臂的运动控制#xff0c;免不了要对4x4的坐标变换矩阵进行乘法#xff0c;C语言中可以用二维数组或者一维数组来实现矩阵#xff0c;下面来比较一下二维数组和一维数组的性能差异。 开发环境#xff1a;Visual Studio 2022#xff0c;分别在Debug和Rele… 做多轴机械臂的运动控制免不了要对4x4的坐标变换矩阵进行乘法C语言中可以用二维数组或者一维数组来实现矩阵下面来比较一下二维数组和一维数组的性能差异。 开发环境Visual Studio 2022分别在Debug和Release模式下测试函数Multi4x4和Multi16Release模式下开了最大优化(优选速度)(/O2)代码速度优先(/Ot)每种情况重复测3次。(注最后算出的sum值是2488321446960073699907076096.00)
#includestdio.h
#includestdint.h
#includetime.hvoid Multi4x4(float A[4][4], float B[4][4], float C[4][4]) {C[0][0] A[0][0] * B[0][0] A[0][1] * B[1][0] A[0][2] * B[2][0] A[0][3] * B[3][0];C[0][1] A[0][0] * B[0][1] A[0][1] * B[1][1] A[0][2] * B[2][1] A[0][3] * B[3][1];C[0][2] A[0][0] * B[0][2] A[0][1] * B[1][2] A[0][2] * B[2][2] A[0][3] * B[3][2];C[0][3] A[0][0] * B[0][3] A[0][1] * B[1][3] A[0][2] * B[2][3] A[0][3] * B[3][3];C[1][0] A[1][0] * B[0][0] A[1][1] * B[1][0] A[1][2] * B[2][0] A[1][3] * B[3][0];C[1][1] A[1][0] * B[0][1] A[1][1] * B[1][1] A[1][2] * B[2][1] A[1][3] * B[3][1];C[1][2] A[1][0] * B[0][2] A[1][1] * B[1][2] A[1][2] * B[2][2] A[1][3] * B[3][2];C[1][3] A[1][0] * B[0][3] A[1][1] * B[1][3] A[1][2] * B[2][3] A[1][3] * B[3][3];C[2][0] A[2][0] * B[0][0] A[2][1] * B[1][0] A[2][2] * B[2][0] A[2][3] * B[3][0];C[2][1] A[2][0] * B[0][1] A[2][1] * B[1][1] A[2][2] * B[2][1] A[2][3] * B[3][1];C[2][2] A[2][0] * B[0][2] A[2][1] * B[1][2] A[2][2] * B[2][2] A[2][3] * B[3][2];C[2][3] A[2][0] * B[0][3] A[2][1] * B[1][3] A[2][2] * B[2][3] A[2][3] * B[3][3];C[3][0] A[3][0] * B[0][0] A[3][1] * B[1][0] A[3][2] * B[2][0] A[3][3] * B[3][0];C[3][1] A[3][0] * B[0][1] A[3][1] * B[1][1] A[3][2] * B[2][1] A[3][3] * B[3][1];C[3][2] A[3][0] * B[0][2] A[3][1] * B[1][2] A[3][2] * B[2][2] A[3][3] * B[3][2];C[3][3] A[3][0] * B[0][3] A[3][1] * B[1][3] A[3][2] * B[2][3] A[3][3] * B[3][3];
}void Multi16(float A[16], float B[16], float C[16]) {C[0] A[0] * B[0] A[1] * B[4] A[2] * B[8] A[3] * B[12];C[1] A[0] * B[1] A[1] * B[5] A[2] * B[9] A[3] * B[13];C[2] A[0] * B[2] A[1] * B[6] A[2] * B[10] A[3] * B[14];C[3] A[0] * B[3] A[1] * B[7] A[2] * B[11] A[3] * B[15];C[4] A[4] * B[0] A[5] * B[4] A[6] * B[8] A[7] * B[12];C[5] A[4] * B[1] A[5] * B[5] A[6] * B[9] A[7] * B[13];C[6] A[4] * B[2] A[5] * B[6] A[6] * B[10] A[7] * B[14];C[7] A[4] * B[3] A[5] * B[7] A[6] * B[11] A[7] * B[15];C[8] A[8] * B[0] A[9] * B[4] A[10] * B[8] A[11] * B[12];C[9] A[8] * B[1] A[9] * B[5] A[10] * B[9] A[11] * B[13];C[10] A[8] * B[2] A[9] * B[6] A[10] * B[10] A[11] * B[14];C[11] A[8] * B[3] A[9] * B[7] A[10] * B[11] A[11] * B[15];C[12] A[12] * B[0] A[13] * B[4] A[14] * B[8] A[15] * B[12];C[13] A[12] * B[1] A[13] * B[5] A[14] * B[9] A[15] * B[13];C[14] A[12] * B[2] A[13] * B[6] A[14] * B[10] A[15] * B[14];C[15] A[12] * B[3] A[13] * B[7] A[14] * B[11] A[15] * B[15];
}int main() {clock_t start;double sum 0.0;start clock();//float a[4][4], b[4][4], c[4][4], d[4][4];//for (long i 0; i 6e7; i) {// for (uint8_t j 0; j 16; j) {// *(a[0] j) i * 0.03 j * 0.02f;// *(b[0] j) i * 0.02 j * 0.03f;// }// Multi4x4(a, b, c);// Multi4x4(b, c, d);// sum d[0][0] d[1][1] d[2][2] d[3][3];//}float a[16], b[16], c[16], d[16];for (long i 0; i 6e7; i) {for (uint8_t j 0; j 16; j) {*(a j) i * 0.03 j * 0.02f;*(b j) i * 0.02 j * 0.03f;}Multi16(a, b, c);Multi16(b, c, d);sum d[0] d[5] d[10] d[15];}printf(sum%f, time %f s\n, sum, (double)(clock() - start) / CLOCKS_PER_SEC);
}
耗时对比 Multi4x4 Multi16 Debug 16.7s 12.1s Release 2.7s 2.7s Debug模式下Multi4x4中C[0][0]A[0][0]*B[0][0]A[0][1]*B[1][0]A[0][2]*B[2][0]A[0][3]*B[3][0]对应的汇编指令
mov eax,10h
imul rax,rax,0
mov rcx,qword ptr [A]
add rcx,rax
mov rax,rcx
mov ecx,4
imul rcx,rcx,0
mov edx,10h
imul rdx,rdx,0
mov r8,qword ptr [B]
add r8,rdx
mov rdx,r8
mov r8d,4
imul r8,r8,0
movss xmm0,dword ptr [raxrcx]
mulss xmm0,dword ptr [rdxr8]
mov eax,10h
imul rax,rax,0
mov rcx,qword ptr [A]
add rcx,rax
mov rax,rcx
mov ecx,4
imul rcx,rcx,1
mov edx,10h
imul rdx,rdx,1
mov r8,qword ptr [B]
add r8,rdx
mov rdx,r8
mov r8d,4
imul r8,r8,0
movss xmm1,dword ptr [raxrcx]
mulss xmm1,dword ptr [rdxr8]
addss xmm0,xmm1
mov eax,10h
imul rax,rax,0
mov rcx,qword ptr [A]
add rcx,rax
mov rax,rcx
mov ecx,4
imul rcx,rcx,2
mov edx,10h
imul rdx,rdx,2
mov r8,qword ptr [B]
add r8,rdx
mov rdx,r8
mov r8d,4
imul r8,r8,0
movss xmm1,dword ptr [raxrcx]
mulss xmm1,dword ptr [rdxr8]
addss xmm0,xmm1
mov eax,10h
imul rax,rax,0
mov rcx,qword ptr [A]
add rcx,rax
mov rax,rcx
mov ecx,4
imul rcx,rcx,3
mov edx,10h
imul rdx,rdx,3
mov r8,qword ptr [B]
add r8,rdx
mov rdx,r8
mov r8d,4
imul r8,r8,0
movss xmm1,dword ptr [raxrcx]
mulss xmm1,dword ptr [rdxr8]
addss xmm0,xmm1
mov eax,10h
imul rax,rax,0
mov rcx,qword ptr [C]
add rcx,rax
mov rax,rcx
mov ecx,4
imul rcx,rcx,0
movss dword ptr [raxrcx],xmm0
Debug模式下Multi16中C[0]A[0]*B[0]A[1]*B[4]A[2]*B[8]A[3]*B[12]对应的汇编指令
mov eax,4
imul rax,rax,0
mov ecx,4
imul rcx,rcx,0
mov rdx,qword ptr [A]
mov r8,qword ptr [B]
movss xmm0,dword ptr [rdxrax]
mulss xmm0,dword ptr [r8rcx]
mov eax,4
imul rax,rax,1
mov ecx,4
imul rcx,rcx,4
mov rdx,qword ptr [A]
mov r8,qword ptr [B]
movss xmm1,dword ptr [rdxrax]
mulss xmm1,dword ptr [r8rcx]
addss xmm0,xmm1
mov eax,4
imul rax,rax,2
mov ecx,4
imul rcx,rcx,8
mov rdx,qword ptr [A]
mov r8,qword ptr [B]
movss xmm1,dword ptr [rdxrax]
mulss xmm1,dword ptr [r8rcx]
addss xmm0,xmm1
mov eax,4
imul rax,rax,3
mov ecx,4
imul rcx,rcx,0Ch
mov rdx,qword ptr [A]
mov r8,qword ptr [B]
movss xmm1,dword ptr [rdxrax]
mulss xmm1,dword ptr [r8rcx]
addss xmm0,xmm1
mov eax,4
imul rax,rax,0
mov rcx,qword ptr [C]
movss dword ptr [rcxrax],xmm0 Release模式下Multi4x4和Multi16的汇编指令一样
movss xmm5,dword ptr [rcx4]
movss xmm4,dword ptr [rcx8]
movss xmm3,dword ptr [rcx]
movaps xmm1,xmm4
mulss xmm1,dword ptr [rdx20h]
movss xmm2,dword ptr [rdx]
movss xmm0,dword ptr [rdx10h]
mulss xmm2,xmm3
mulss xmm0,xmm5
movaps xmmword ptr [rax-18h],xmm6
movss xmm6,dword ptr [rcx0Ch]
addss xmm2,xmm0
movaps xmmword ptr [rax-28h],xmm7 结论在Debug模式下一维数组的汇编指令(39行)比二维数组(75行)几乎少一半速度更快。因为访问二维数组的元素需要先找到其所在的行再找到其所在的列相当于进行了两次数组访问。在Release模式下两者的汇编指令一样都用了SSE指令集进行优化加速速度一样。但SSE指令是intel和AMD等电脑CPU才有的(Arm的Neon类似于SSE)单片机可没法用。因此如果想在单片机上获得极致的速度那还是使用一维数组吧。 按照D-H表示法建立的4x4矩阵第4行始终为[0, 0, 0, 1]做乘法以后也不会改变因此专门做此类4x4矩阵乘法的函数可以进一步优化即只取前12个元素参与运算。
void Multi16(float A[12], float B[12], float C[12]) {C[0] A[0] * B[0] A[1] * B[4] A[2] * B[8] ;C[1] A[0] * B[1] A[1] * B[5] A[2] * B[9] ;C[2] A[0] * B[2] A[1] * B[6] A[2] * B[10] ;C[3] A[0] * B[3] A[1] * B[7] A[2] * B[11] A[3] ;C[4] A[4] * B[0] A[5] * B[4] A[6] * B[8] ;C[5] A[4] * B[1] A[5] * B[5] A[6] * B[9] ;C[6] A[4] * B[2] A[5] * B[6] A[6] * B[10] ;C[7] A[4] * B[3] A[5] * B[7] A[6] * B[11] A[7] ;C[8] A[8] * B[0] A[9] * B[4] A[10] * B[8] ;C[9] A[8] * B[1] A[9] * B[5] A[10] * B[9] ;C[10] A[8] * B[2] A[9] * B[6] A[10] * B[10] ;C[11] A[8] * B[3] A[9] * B[7] A[10] * B[11] A[11] ;
}
