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C言语嵌入式体系编程修炼之六:功能优化!

使用宏定义在C语言中,宏是产生内嵌代码的唯一方法。对于嵌入式系统而言,为了能达到性能要求,宏是一种很好的代替函数的方法。写

运用宏界说

  在C言语中,宏是产生内嵌代码的仅有办法。关于嵌入式体系而言,为了能到达功用要求,宏是一种很好的替代函数的办法。

  写一个”规范”宏MIN ,这个宏输入两个参数并回来较小的一个:

  错误做法:

#define MIN(A,B)  ( A <= B ? A : B )

  正确做法:

#define MIN(A,B) ((A)<= (B) ? (A) :(B) )

  关于宏,咱们需求知道三点:

  (1)宏界说”像”函数;

  (2)宏界说不是函数,因此需求括上一切”参数”;

  (3)宏界说或许产生副作用。

  下面的代码:

least = MIN(*p++, b);

  将被替换为:

( (*p++) <= (b) ?(*p++):(b) )

  产生的作业无法意料。

  因此不要给宏界说传入有副作用的”参数”。

  运用寄存器变量

  当对一个变量频频被读写时,需求重复拜访内存,然后花费很多的存取时刻。为此,C言语供给了一种变量,即寄存器变量。这种变量存放在CPU的寄存器中,运用时,不需求拜访内存,而直接从寄存器中读写,然后进步功率。寄存器变量的说明符是register。关于循环次数较多的循环操控变量及循环体内重复运用的变量均可界说为寄存器变量,而循环计数是运用寄存器变量的最好候选者。

  (1) 只要部分主动变量和形参才能够界说为寄存器变量。由于寄存器变量归于动态存储办法,凡需求选用静态存储办法的量都不能界说为寄存器变量,包含:模块间全局变量、模块内全局变量、部分static变量;

  (2) register是一个”主张”型关键字,意指程序主张该变量放在寄存器中,但终究该变量或许由于条件不满足并未成为寄存器变量,而是被放在了存储器中,但编译器中并不报错(在C++言语中有另一个”主张”型关键字:inline)。

  下面是一个选用寄存器变量的比如:

/* 求1+2+3+….+n的值 */
WORD Addition(BYTE n)
{
 register i,s=0;
 for(i=1;i<=n;i++)
 {
  s=s+i;
 }
 return s;
}

  本程序循环n次,i和s都被频频运用,因此可界说为寄存器变量。

  内嵌汇编

  程序中对时刻要求严苛的部分能够用内嵌汇编来重写,以带来速度上的明显进步。可是,开发和测验汇编代码是一件辛苦的作业,它将花费更长的时刻,因此要稳重挑选要用汇编的部分。

  在程序中,存在一个80-20准则,即20%的程序耗费了80%的工作时刻,因此咱们要改善功率,最首要是考虑改善那20%的代码。

  嵌入式C程序中首要运用在线汇编,即在C程序中直接插入_asm{ }内嵌汇编句子:

/* 把两个输入参数的值相加,成果存放到别的一个全局变量中 */
int result;
void Add(long a, long *b)
{
 _asm
 {
  MOV AX, a
  MOV BX, b
  ADD AX, [BX]
  MOV result, AX
 }
}

  运用硬件特性

  首先要理解CPU对各种存储器的拜访速度,基本上是:

CPU内部RAM > 外部同步RAM > 外部异步RAM > FLASH/ROM

  关于程序代码,现已被烧录在FLASH或ROM中,咱们能够让CPU直接从其间读取代码履行,但一般这不是一个好办法,咱们最好在体系启动后将FLASH或ROM中的方针代码复制入RAM中后再履行以进步取指令速度;

  关于UART等设备,其内部有必定容量的接纳BUFFER,咱们应尽量在BUFFER被占满后再向CPU提出中止。例如计算机终端在向方针机经过RS-232传递数据时,不宜设置UART只接纳到一个BYTE就向CPU提中止,然后无谓糟蹋中止处理时刻;

  假如对某设备能采纳DMA办法读取,就选用DMA读取,DMA读取办法在读取方针中包含的存储信息较大时功率较高,其数据传输的基本单位是块,而所传输的数据是从设备直接送入内存的(或许相反)。DMA办法较之中止驱动办法,削减了CPU 对外设的干涉,进一步进步了CPU与外设的并行操作程度。

  活用位操作

  运用C言语的位操作能够削减除法和取模的运算。在计算机程序中数据的位是能够操作的最小数据单位,理论上能够用”位运算”来完结一切的运算和操作,因此,灵敏的位操作能够有用地进步程序工作的功率。举例如下:

/* 办法1 */
int i,j;
i = 879 / 16;
j = 562 % 32;
/* 办法2 */
int i,j;
i = 879 >> 4;
j = 562 – (562 >> 5 << 5);

  关于以2的指数次方为”*”、”/”或”%”因子的数学运算,转化为移位运算”<< >>”一般能够进步算法功率。由于乘除运算指令周期一般比移位运算大。

  C言语位运算除了能够进步运算功率外,在嵌入式体系的编程中,它的另一个最典型的运用,并且非常广泛地正在被运用着的是位间的与(&)、或(|)、非(~)操作,这跟嵌入式体系的编程特色有很大联系。咱们一般要对硬件寄存器进行位设置,比如,咱们经过将AM186ER型80186处理器的中止屏蔽操控寄存器的第低6位设置为0(开中止2),最通用的做法是:

#define INT_I2_MASK 0x0040
wTemp = inword(INT_MASK);
outword(INT_MASK, wTemp &~INT_I2_MASK);

  而将该位设置为1的做法是:

#define INT_I2_MASK 0x0040
wTemp = inword(INT_MASK);
outword(INT_MASK, wTemp | INT_I2_MASK);

  判别该位是否为1的做法是:

#define INT_I2_MASK 0x0040
wTemp = inword(INT_MASK);
if(wTemp & INT_I2_MASK)
{
… /* 该位为1 */
}

  上述办法在嵌入式体系的编程中对错常常见的,咱们需求结实把握。

  总结

  在功用优化方面永久留意80-20预备,不要优化程序中开支不大的那80%,这是水中捞月的。

  宏界说是C言语中完成相似函数功用而又不具函数调用和回来开支的较好办法,但宏在本质上不是函数,因此要避免宏打开后呈现不行意料的成果,对宏的界说和运用要慎而处之。很惋惜,规范C至今没有包含C++中inline函数的功用,inline函数兼具无调用开支和安全的长处。

  运用寄存器变量、内嵌汇编和活用位操作也是进步程序功率的有用办法。

  除了编程上的技巧外,为进步体系的工作功率,咱们一般也需求最大或许地运用各种硬件设备本身的特色来减小其工作开支,例如减小中止次数、运用DMA传输办法等。

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