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如何編寫(xiě)高效率穩(wěn)定的單片機(jī)代碼

作者: 時(shí)間:2016-11-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
由于單片機(jī)的性能同電腦的性能是天淵之別的,無(wú)論從空間資源上、內(nèi)存資源、工作頻率,都是無(wú)法與之比較的。PC 機(jī)編程基本上不用考慮空間的占用、內(nèi)存的占用的問(wèn)題,最終目的就是實(shí)現(xiàn)功能就可以了。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)就截然不同了,一般的單片機(jī)的Flash 和Ram 的資源是以KB 來(lái)衡量的,可想而知,單片機(jī)的資源是少得可憐,為此我們必須想法設(shè)法榨盡其所有資源,將它的性能發(fā)揮到最佳,程序設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循以下幾點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化:
  1. 使用盡量小的數(shù)據(jù)類型
    能用unsiged就不用signed;
    能用char就不用int;
    能不用floating就不用。
    能用位操作不用算數(shù)。

    本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201611/319883.htm
  2. 使用自加、自減指令
    通常使用自加、自減指令和復(fù)合賦值表達(dá)式(如a-=1 及a+=1 等)都能夠生成高質(zhì)量的
    程序代碼,編譯器通常都能夠生成inc 和dec 之類的指令,而使用a=a+1 或a=a-1 之類
    的指令,有很多C 編譯器都會(huì)生成二到三個(gè)字節(jié)的指令。

  3. 減少運(yùn)算的強(qiáng)度
    可以使用運(yùn)算量小但功能相同的表達(dá)式替換原來(lái)復(fù)雜的的表達(dá)式。
    (1) 求余運(yùn)算
    N= N %8 可以改為N = N &7
    說(shuō)明:位操作只需一個(gè)指令周期即可完成,而大部分的C 編譯器的“%”運(yùn)算均是調(diào)用子程序來(lái)
    完成,代碼長(zhǎng)、執(zhí)行速度慢。通常,只要求是求2n 方的余數(shù),均可使用位操作的方法來(lái)代替。
    (2) 平方運(yùn)算
    N=Pow(3,2) 可以改為N=3*3
    說(shuō)明:在有內(nèi)置硬件乘法器的單片機(jī)中(如51 系列),乘法運(yùn)算比求平方運(yùn)算快得多, 因?yàn)?strong>浮點(diǎn)數(shù)
    的求平方是通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的,乘法運(yùn)算的子程序比平方運(yùn)算的子程序代碼短,執(zhí)行速度快。
    (3) 用位移代替乘法除法
    N=M*8 可以改為N=M<<3
    N=M/8 可以改為N=M>>3
    說(shuō)明:通常如果需要乘以或除以2n,都可以用移位的方法代替。如果乘以2n,都可以生成左移
    的代碼,而乘以其它的整數(shù)或除以任何數(shù),均調(diào)用乘除法子程序。用移位的方法得到代碼比調(diào)用乘除法子
    程序生成的代碼效率高。實(shí)際上,只要是乘以或除以一個(gè)整數(shù),均可以用移位的方法得到結(jié)果。
    如N=M*9可以改為N=(M<<3)+M;
    (4) 自加自減的區(qū)別
    例如我們平時(shí)使用的延時(shí)函數(shù)都是通過(guò)采用自加的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
    void DelayNms(UINT16 t)
    {
    UINT16 i,j;
    for(i=0;i

define MAX(A,B) {(A)>(B)?(A):(B)}

說(shuō)明:函數(shù)和宏函數(shù)的區(qū)別就在于,宏函數(shù)占用了大量的空間,而函數(shù)占用了時(shí)間。大家要知道的是,函
數(shù)調(diào)用是要使用系統(tǒng)的棧來(lái)保存數(shù)據(jù)的,如果編譯器里有棧檢查選項(xiàng),一般在函數(shù)的頭會(huì)嵌入一些匯編語(yǔ)
句對(duì)當(dāng)前棧進(jìn)行檢查;同時(shí),cpu 也要在函數(shù)調(diào)用時(shí)保存和恢復(fù)當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng),進(jìn)行壓棧和彈棧操作,所以,
函數(shù)調(diào)用需要一些cpu 時(shí)間。而宏函數(shù)不存在這個(gè)問(wèn)題。宏函數(shù)僅僅作為預(yù)先寫(xiě)好的代碼嵌入到當(dāng)前程序,
不會(huì)產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用,所以僅僅是占用了空間,在頻繁調(diào)用同一個(gè)宏函數(shù)的時(shí)候,該現(xiàn)象尤其突出。

  1. 適當(dāng)?shù)厥褂盟惴?br />假如有一道算術(shù)題,求1~100 的和。
    作為程序員的我們會(huì)毫不猶豫地點(diǎn)擊鍵盤(pán)寫(xiě)出以下的計(jì)算方法:
    UINT16 Sum(void)
    {
    UINT8 i,s;
    for(i=1;i<=100;i++)
    {
    s+=i;
    }
    return s;
    }
    很明顯大家都會(huì)想到這種方法,但是效率方面并不如意,我們需要?jiǎng)幽X筋,就是采用數(shù)學(xué)算法解決問(wèn)題,
    使計(jì)算效率提升一個(gè)級(jí)別。
    UINT16 Sum(void)
    {
    UINT16 s;
    s=(100 *(100+1))>>1;
    return s;
    }
    結(jié)果很明顯,同樣的結(jié)果不同的計(jì)算方法,運(yùn)行效率會(huì)有大大不同,所以我們需要最大限度地通過(guò)數(shù)
    學(xué)的方法提高程序的執(zhí)行效率。

  2. 用指針代替數(shù)組
    在許多種情況下,可以用指針運(yùn)算代替數(shù)組索引,這樣做常常能產(chǎn)生又快又短的代碼。與數(shù)組索引相
    比,指針一般能使代碼速度更快,占用空間更少。使用多維數(shù)組時(shí)差異更明顯。下面的代碼作用是相同的,
    但是效率不一樣。
    UINT8 szArrayA[64];
    UINT8 szArrayB[64];
    UINT8 i;
    UINT8 *p=szArray;
    for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=szArrayA[i];
    for(i=0;i<64;i++)szArrayB[i]=*p++;
    指針?lè)椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是,szArrayA 的地址裝入指針p 后,在每次循環(huán)中只需對(duì)p 增量操作。在數(shù)組索引
    方法中,每次循環(huán)中都必須進(jìn)行基于i 值求數(shù)組下標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)算。

  3. 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換
    C 語(yǔ)言精髓第一精髓就是指針的使用,第二精髓就是強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的使用,恰當(dāng)?shù)乩弥羔樅蛷?qiáng)制轉(zhuǎn)換不但
    可以提供程序效率,而且使程序更加之簡(jiǎn)潔,由于強(qiáng)制轉(zhuǎn)換在C 語(yǔ)言編程中占有重要的地位,下面將已五
    個(gè)比較典型的例子作為講解。
    例子1:將帶符號(hào)字節(jié)整型轉(zhuǎn)換為無(wú)符號(hào)字節(jié)整型
    UINT8 a=0;
    INT8 b=-3;
    a=(UINT8)b;
    例子2:在大端模式下(8051 系列單片機(jī)是大端模式),將數(shù)組a[2]轉(zhuǎn)化為無(wú)符號(hào)16 位整型值。
    方法1:采用位移方法。
    UINT8 a[2]={0x12,0x34};
    UINT16 b=0;
    b=(a[0]<<8)|a[1];
    結(jié)果:b=0x1234
    方法2:強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。
    UINT8 a[2]={0x12,0x34};
    UINT16 b=0;
    b=(UINT16)a; //強(qiáng)制轉(zhuǎn)換
    結(jié)果:b=0x1234
    例子3:保存結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)內(nèi)容。
    方法1:逐個(gè)保存。
    typedef struct _ST
    {
    UINT8 a;
    UINT8 b;
    UINT8 c;
    UINT8 d;
    UINT8 e;
    }ST;
    ST s;
    UINT8 a[5]={0};
    s.a=1;
    s.b=2;
    s.c=3;
    s.d=4;
    s.e=5;
    a[0]=s.a;
    a[1]=s.b;
    a[2]=s.c;
    a[3]=s.d;
    a[4]=s.e;
    結(jié)果:數(shù)組a 存儲(chǔ)的內(nèi)容是1、2、3、4、5。
    方法2:強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。
    typedef struct _ST
    {
    UINT8 a;
    UINT8 b;
    UINT8 c;
    UINT8 d;
    UINT8 e;
    }ST;
    ST s;
    UINT8 a[5]={0};
    UINT8p=(UINT8)&s;//強(qiáng)制轉(zhuǎn)換
    UINT8 i=0;
    s.a=1;
    s.b=2;
    s.c=3;
    s.d=4;
    s.e=5;
    for(i=0;i

define Perror(FUN) printf(“Err:%s %s %d: %sn”,FILE,func,LINE,FUN) 類linux的perror函數(shù)實(shí)現(xiàn),這里加了出錯(cuò)的文件位置,所在函數(shù),引發(fā)出錯(cuò)調(diào)用的函數(shù)FUN。

宏中#和##的用法

define STR(s) #s

define CONS(a, b) int(a##e##b)

printf(STR(vck));//輸出vck
printf(“%dn”, CONS(2,3));//2e3 輸出2000



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