嵌入式C代碼

Cortex-M這類微控制器編程通常采用C代碼，那么編程人員如何編寫(xiě)代碼才能讓C編譯器產(chǎn)生高質(zhì)量底層代碼就成為一個(gè)很重要的話題。這里所說(shuō)的高質(zhì)量底層代碼是指既達(dá)到編程人員意圖又方便編譯器優(yōu)化的代碼。

本文將從編寫(xiě)利于優(yōu)化的源代碼，節(jié)省棧和內(nèi)存空間，函數(shù)原型，整型和位取反，同時(shí)讀寫(xiě)變量的保護(hù)，不進(jìn)行初始化的變量這幾個(gè)方面來(lái)討論如何編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼。

一、編寫(xiě)利于優(yōu)化的源代碼

我們?cè)诰帉?xiě)源代碼的時(shí)候如果能夠遵循以下幾點(diǎn)，可以讓編譯器更好的對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化：

1)局部變量(自動(dòng)變量和參數(shù))比靜態(tài)或全局變量要更好。

為什么這么說(shuō)呢，因?yàn)閮?yōu)化器會(huì)假定任何一個(gè)函數(shù)都可能修改靜態(tài)或全局變量。當(dāng)局部變量的生命周期結(jié)束的時(shí)候，它所占據(jù)的內(nèi)存就可以被其它變量使用，而全局變量在整個(gè)程序的生命周期內(nèi)都不會(huì)釋放它所占據(jù)的內(nèi)存空間。

2)避免用&運(yùn)算符取局部變量的地址。

這里有兩個(gè)原因會(huì)導(dǎo)致該操作的效率低下。首先，變量必須放在內(nèi)存中，不能放在處理器的寄存器中，這將導(dǎo)致更長(zhǎng)更慢的代碼效率。其次，優(yōu)化器不再假設(shè)其它的函數(shù)，因此不會(huì)影響到該變量。

3)編譯器的內(nèi)聯(lián)函數(shù)能力。

為了最大限度的影響編譯器的內(nèi)聯(lián)轉(zhuǎn)換，我們最好把那些多個(gè)模塊都用到的小函數(shù)寫(xiě)在頭文件中而不是實(shí)現(xiàn)文件中。

二、節(jié)省棧和內(nèi)存空間

以下的編程技術(shù)可以讓我們節(jié)省內(nèi)存和棧空間：

1)如果?？臻g有限，那么我們就要盡量避免長(zhǎng)的調(diào)用鏈和遞歸函數(shù)。

2)避免使用大的聚合類型(比如結(jié)構(gòu)體)作為參數(shù)或者返回類型。為了節(jié)省?？臻g，我們應(yīng)該更多的使用指針來(lái)代替這種聚合類型。

三、函數(shù)原型

有兩種函數(shù)的定義和聲明方式可以使用。一種是原型風(fēng)格，一種是Kernighan & Ritchie C風(fēng)格。兩種風(fēng)格都是可以的，但強(qiáng)烈建議應(yīng)用原型風(fēng)格，也就是說(shuō)對(duì)每一個(gè)公共函數(shù)都在相應(yīng)的頭文件中提供一個(gè)原型聲明。

這是因?yàn)榫幾g器對(duì)應(yīng)用Kernighan & Ritchie C風(fēng)格的參數(shù)不進(jìn)行類型檢查。應(yīng)用原型風(fēng)格在某些情況下將產(chǎn)生高效的代碼，因?yàn)樗恍枰M(jìn)行參數(shù)類型提升。

為了保證所有的公共函數(shù)都在定義之前聲明過(guò)，可以打開(kāi)編譯器選項(xiàng) Project>Options>C/C++ Compiler>Language 1>Require prototypes

以下是兩種風(fēng)格的示例

1)原型風(fēng)格：

原型風(fēng)格中，必須寫(xiě)明每個(gè)參數(shù)的類型。

int Test(char, int); /* 聲明 */

int Test(char ch, int i) /* 定義 */

{

return i - ch;

}

2)Kernighan & Ritchie風(fēng)格：

Kernighan & Ritchie風(fēng)格中，不需要進(jìn)行函數(shù)原型聲明。取而代之的是一個(gè)空參數(shù)列表的函數(shù)聲明。函數(shù)的定義也有些不同。

int Test(); /* 聲明 */

int Test(ch, i) /* 定義 */

char ch;

int i;

{

return i - ch;

}

四、整型和位取反

在某些情況下，整數(shù)類型和它們的轉(zhuǎn)換提升規(guī)則會(huì)導(dǎo)致難以理解的行為。這經(jīng)常出現(xiàn)在賦值或者條件表達(dá)式中，這里涉及不同長(zhǎng)度類型的數(shù)據(jù)和邏輯操作尤其是位取反操作。這里的類型也包括常數(shù)類型。例如：1個(gè)8位的字符類型，1個(gè)32位的整數(shù)類型，按照二進(jìn)制補(bǔ)碼操作。

void F1(unsigned char c1)

{

if (c1 == ~0x08);

}

這里，測(cè)試條件總是false。因?yàn)橛疫叺?x08 = 0x00000008，~0x00000008 = 0xFFFFFFF7。左邊的c1是1個(gè)8位無(wú)符號(hào)字符類型，因此它不可能比255大，也不可能是負(fù)數(shù)，這就意味著它的高24位不可能置1。所以這個(gè)測(cè)試條件總是false的。

五、同時(shí)讀寫(xiě)變量的保護(hù)

在中斷程序或者單獨(dú)線程中用到的變量經(jīng)常是異步讀寫(xiě)的，它們必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)貥?biāo)記和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。

編譯器應(yīng)用volatile關(guān)鍵字對(duì)這類變量進(jìn)行標(biāo)記。這個(gè)關(guān)鍵字通知編譯器該對(duì)象的值無(wú)任何持久性，不要對(duì)它進(jìn)行任何優(yōu)化。它迫使編譯器每次需要該對(duì)象數(shù)據(jù)內(nèi)容的時(shí)候都必須讀該對(duì)象，而不是只讀一次數(shù)據(jù)并將它放在處理器的寄存器中以便后續(xù)訪問(wèn)之用。

六、不進(jìn)行初始化的變量

通常，運(yùn)行時(shí)環(huán)境在應(yīng)用程序啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)初始化所有的靜態(tài)和全局變量。編譯器支持用__no_init關(guān)鍵字來(lái)聲明不進(jìn)行初始化的變量。用__no_init關(guān)鍵字聲明的變量通常用在大的數(shù)據(jù)輸入緩沖這樣的地方。

本文介紹了編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼涉及的多個(gè)方面。編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼需要大量的專業(yè)知識(shí)，本文雖盡力描述編寫(xiě)良好的嵌入式C代碼所需要的各種技能，但難免會(huì)有不足的地方，希望大家多多指正。

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