高效率嵌入式程序開發(fā)技巧

摘 要：嵌入式系統(tǒng)對應(yīng)用軟件的質(zhì)量要求很高，在嵌入式開發(fā)中須注意對代碼進(jìn)行優(yōu)化，盡可能地提高代碼效率。雖然C編譯器都提供了一定程度的代碼優(yōu)化，但大部分由編譯器執(zhí)行的優(yōu)化技術(shù)僅涉及執(zhí)行速度和代碼大小的平衡，不可能使程序既快又小，因而必須在編寫程序時(shí)采取必要的措施。本文針對高效率嵌入式程序開發(fā)提供了一些編程技巧，對實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)具有重要作用。
關(guān)鍵詞：編譯器; 程序開發(fā); 代碼優(yōu)化

引言
在多媒體、通信等計(jì)算復(fù)雜度高的應(yīng)用中，為了滿足制造費(fèi)用、功耗、性能以及實(shí)時(shí)性等諸多限制條件的要求，嵌入式系統(tǒng)程序往往需要特殊設(shè)計(jì)。這使得設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)面向特定應(yīng)用的嵌入式軟件時(shí)，需要有一套切實(shí)可行的編程準(zhǔn)則。而在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中，工程師尤其需要考慮對變量的使用和循環(huán)程序的處理。

變量使用
在進(jìn)行實(shí)際程序開發(fā)時(shí)，變量的使用至關(guān)重要,其中使用全局變量比向函數(shù)傳遞參數(shù)更加有效，這樣免去了函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)入棧和出棧的需要。當(dāng)然，使用全局變量會對程序有一些副作用。變量定義的次序會導(dǎo)致最終映像中數(shù)據(jù)布局的不同，如圖1所示。

圖1 變量映像次序混亂狀況

由此可見，在聲明變量時(shí)，需要考慮怎樣最佳地控制存儲器布局。最好的方法是在編程的時(shí)候，把所有相同類型的變量放在一起定義。

通常，工程師設(shè)法使用short或char來定義變量以節(jié)省存儲器空間。在函數(shù)的局部變量數(shù)目有限的情況下，編譯器會把局部變量分配給內(nèi)部寄存器，每個(gè)變量占用一個(gè)寄存器。在這種情況下，使用short和char型變量不但不會節(jié)省空間，反而會帶來其它的副作用。如圖2所示：假定a是任意可能的寄存器，存儲函數(shù)的局部變量。同樣完成加1的操作，32位的int型變量最快，只用一條加法指令。而8位和16位變量，完成加法操作后，還需要在32位的寄存器中進(jìn)行符號擴(kuò)展。其中，帶符號的變量，要用邏輯左移和算術(shù)右移兩條指令才能完成符號擴(kuò)展；無符號的變量，要使用一條邏輯與指令對符號位進(jìn)行清零。所以，使用32位的int或unsigned int局部變量最有效。某些情況下，函數(shù)從外部存儲器讀入局部變量進(jìn)行計(jì)算，這時(shí)候，需要把不是32位的變量轉(zhuǎn)換成32位。至于把8位或16位變量擴(kuò)展成32位后，隱藏了原來可能溢出異常這個(gè)問題，需要進(jìn)一步仔細(xì)考慮。

圖2 不同類型局部變量的加法程序

在程序中，經(jīng)常會使用switch case語句，每一個(gè)由機(jī)器語言實(shí)現(xiàn)的測試和跳轉(zhuǎn)僅僅是為了決定下一步要做什么，就浪費(fèi)了處理器時(shí)間。為了提高速度，可以把具體的情況按照它們發(fā)生的相對頻率排序。即把最可能發(fā)生的情況放在第一，發(fā)生概率小的情況放在最后，這樣會減少代碼平均執(zhí)行時(shí)間。