Keil Optimization Level 选择

最新版本Keil MDK 默认不带有AC5编译器了（可以自己安装AC5），Keil编译器提供了丰富的优化选项，用于平衡代码大小和性能之间的关系。相比AC5，使用AC6会增加几个优化选项：代码大小、速度、平衡等。

优化选项包含：-O0 -O1 -O2 -O3 -Ofast -Os -Oz -Omax 选项，重点需求：

Optimization goal	Useful optimization levels
Smaller code size	-Os, -O2
Faster performance	-O2, -O3, -Ofast, -Omax
Good debug experience without code bloat	-O1
Better correlation between source code and generated code	-O0
Faster compile and build time	-O0
Balanced code size reduction and fast performance	-Os

优化级别 -O0

特点：使用此选项以获得良好的调试体验。
- 在编译器中启用核心优化。
- 代码质量好。
- 堆栈使用率提高。
- -O1 做适度优化，调试体验比 -O2、-O3 好，且不会像 -O0 那样完全无优化。
- 性能可能会更好。
- 代码大小和性能之间的关系可能会更好。
-O1 与 -O0 相比，使用时的区别是：
- 启用优化，这可能会降低调试信息的完整度。
- 启用了内联和尾调用，这意味着回溯可能无法提供打开功能激活的堆栈。
- 不会调用没有使用，或没有预期调用的函数，代码量更小。
- 变量的值在不使用后可能在其范围内不可用。例如，它们的堆栈位置可能已被重用。

-O2 会进行较多优化，包括去除冗余代码、循环优化等，通常能减小代码体积，并更改了优化的启发式方法。这是编译器可能生成矢量指令的第一个优化级别，还会降低调试体验。
-O2 与 -O1 相比使用时的差异是：
- 编译器认为内联调用站点可获利的阈值可能会增加。
- 执行的循环展开数量可能会增加。
- 可以为简单循环和独立标量运算的相关序列生成矢量指令【矢量指令（Vectorization）是编译器自动将标量操作转化为SIMD（单指令多数据）指令的过程，可以提升数据并行处理的效率】。
可以使用 armclang 命令行选项禁止创建矢量指令 -fno-vectorize。-fno-vectorize 用于编译器自动进行矢量化优化，默认情况下，较高优化等级（如 -O2、-O3）会自动启用矢量化。

某些情况下，自动矢量化可能导致代码行为异常或调试困难，此时可以用 -fno-vectorize 禁止，生成的代码不会包含自动矢量化的 SIMD 指令。

特点：启用更多、更激进的优化选项，目的是最大化程序的执行速度，追求极致性能，适合对速度要求极高的场合，选择时需根据实际需求权衡。
- 有更高的性能优化。
- 允许进行需要大量编译时分析和资源的优化（对性能要求极高的核心算法、数值计算、信号处理等）。
- 与 -O2 相比更改了优化的启发式方法。
- -O3 指示编译器针对生成的代码的性能进行优化，由于循环展开、内联等激进优化，而忽略生成的代码的大小。
- 代码大小增加，可能不适合资源受限的嵌入式系统。
-O3 与 -O2 相比使用时的差异是：
- 编译器认为内联调用站点是有利可图的阈值增加。
- 执行的循环展开量增加。
- 在编译器管道中启用更积极的指令优化。

特点：-Oz 目的是提供尽可能小的代码量。Arm 建议使用此选项以获得最佳代码大小，此优化级别会降低调试体验。
-Oz 与 -Os 相比使用时的差异是：
- 编译器仅针对代码大小进行优化，而忽略性能优化，这可能会导致代码变慢。
- 未禁用功能内联。在某些情况下，内联可能会整体上减少代码大小，例如，如果一个函数仅被调用一次。仅当预期代码大小会减小时，才将内联启发式方法调整为内联式。
- 禁用可能会增加代码大小的优化，例如循环展开和循环矢量化。
- 循环是作为 while 循环而不是 do-while 循环生成的。

特点：
- 包含了 -O3 的所有优化内容，如循环展开、矢量化、函数内联、常量传播等。
- -Ofast 通常会自动启用 -ffast-math，这会让编译器对浮点运算做更激进的优化，如合并表达式、忽略浮点运算的精度和舍入方式等。
- -Ofast 会启用一些默认情况下不会开启的优化，这些优化可能会让程序的行为不完全符合 C/C++ 标准，但能进一步提升性能。
- 与 -O3 相比，该级别会降低调试体验，并可能导致代码大小增加。

-Omax 是最大程度的优化，并专门针对性能优化。它支持从级别进行的所有优化，以及链接时间优化（Link-time Optimization LTO）。
在此优化级别上，ARM Compiler 可能会违反严格遵守语言标准的规定。使用此优化级别可获得最快的性能。
与 -Ofast 相比，该级别会降低调试体验，并可能导致代码大小增加。
使用 -Omax 进行编译，并具有单独的编译和链接步骤，必须在 armlink 命令行中包括 -Omax。
编译时用 -Omax，但链接时没加，链接器可能不会应用最高级别的优化，导致最终生成的程序没有达到期望的优化效果，甚至可能出现兼容性或性能问题。

备注

在coremark测试中需要注意对应配置，避免测试数据未达预期；

优化级别	主要目标	优化强度	代码体积	调试友好性	适用场景
-O0	无优化	最低	最大（无任何优化）	最好	调试、开发初期
-O1	基本优化	低	较大（略小于-O0）	较好	需调试且有一定优化需求
-O2	高级优化	中	中等（通常小于-O1）	一般	正式发布、性能与体积平衡
-O3	最高级别优化	最高	较大（可能大于-O2/-Os）	最差	性能极致要求（如算法核心）
-Ofast	激进优化（不保证标准）	极高	较大（与-O3类似或更大）	最差	极致性能，允许不完全遵循标准的场合
-Omax	编译器支持的最大优化	极高	较大（与-Ofast类似）	最差	追求极限性能，通常与-Ofast类似
-Os	优化代码体积	中	小（小于-O2，接近最小）	一般	存储空间有限的嵌入式系统
-Oz	极致优化代码体积	中	最小（所有等级中最小）	一般	追求最小体积，部分编译器（如clang）支持