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單片機程序設計時必須遵循的優化原則

電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2018-09-21 08:46 ? 次閱讀

由于單片機的性能同電腦的性能是天淵之別的,無論從空間資源上、內存資源、工作頻率,都是無法與之比較的。PC 機編程基本上不用考慮空間的占用、內存的占用的問題,最終目的就是實現功能。而對于單片機來說就截然不同了,一般的單片機的Flash 和Ram 的資源是有限的,可想而知,單片機的資源是少得可憐,為此我們必須想法設法榨盡其所有資源,將它的性能發揮到最佳,程序設計時必須遵循以下幾點進行優化:

1、使用盡量小的數據類型

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。

2、使用自加、自減指令

通常使用自加、自減指令和復合賦值表達式(如a-=1 及a+=1 等)都能夠生成高質量的程序代碼,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 編譯器都會生成二到三個字節的指令。

3、減少運算的強度

可以使用運算量小但功能相同的表達式替換原來復雜的的表達式。

(1) 求余運算

N= N %8 可以改為N = N &7

說明:位操作只需一個指令周期即可完成,而大部分的C 編譯器的“%”運算均是調用子程序來完成,代碼長、執行速度慢。通常,只要求是求2n 方的余數,均可使用位操作的方法來代替。

(2) 平方運算

N=Pow(3,2) 可以改為N=3*3

說明:在有內置硬件乘法器的單片機中(如51 系列),乘法運算比求平方運算快得多, 因為浮點數的求平方是通過調用子程序來實現的,乘法運算的子程序比平方運算的子程序代碼短,執行速度快。

(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,而乘以其它的整數或除以任何數,均調用乘除法子程序。用移位的方法得到代碼比調用乘除法子程序生成的代碼效率高。實際上,只要是乘以或除以一個整數,均可以用移位的方法得到結果。

如N=M*9可以改為N=(M《《3)+M;

(4) 自加自減的區別

例如我們平時使用的延時函數都是通過采用自加的方式來實現。

void DelayNms(UINT16 t)

{

UINT16 i,j;

for(i=0;i

define MAX(A,B) {(A)》(B)?(A):(B)}

說明:函數和宏函數的區別就在于,宏函數占用了大量的空間,而函數占用了時間。大家要知道的是,函數調用是要使用系統的棧來保存數據的,如果編譯器里有棧檢查選項,一般在函數的頭會嵌入一些匯編語句對當前棧進行檢查;同時,CPU也要在函數調用時保存和恢復當前的現場,進行壓棧和彈棧操作,所以,函數調用需要一些CPU時間。而宏函數不存在這個問題。宏函數僅僅作為預先寫好的代碼嵌入到當前程序,不會產生函數調用,所以僅僅是占用了空間,在頻繁調用同一個宏函數的時候,該現象尤其突出。

1.適當地使用算法

假如有一道算術題,求1~100 的和。

作為程序員的我們會毫不猶豫地點擊鍵盤寫出以下的計算方法:

UINT16 Sum(void)

{

UINT8 i,s;

for(i=1;i《=100;i++)

{

s+=i;

}

return s;

}

很明顯大家都會想到這種方法,但是效率方面并不如意,我們需要動腦筋,就是采用數學算法解決問題,使計算效率提升一個級別。

UINT16 Sum(void)

{

UINT16 s;

s=(100 *(100+1))》》1;

return s;

}

結果很明顯,同樣的結果不同的計算方法,運行效率會有大大不同,所以我們需要最大限度地通過數學的方法提高程序的執行效率。

2.用指針代替數組

在許多種情況下,可以用指針運算代替數組索引,這樣做常常能產生又快又短的代碼。與數組索引相比,指針一般能使代碼速度更快,占用空間更少。使用多維數組時差異更明顯。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=szArrayA;

for(i=0;i《64;i++)szArrayB=*p++;

指針方法的優點是,szArrayA 的地址裝入指針p 后,在每次循環中只需對p 增量操作。在數組索引方法中,每次循環中都必須進行基于i 值求數組下標的復雜運算。

3.強制轉換

C 語言精髓第一精髓就是指針的使用,第二精髓就是強制轉換的使用,恰當地利用指針和強制轉換不但可以提供程序效率,而且使程序更加之簡潔,由于強制轉換在C 語言編程中占有重要的地位,下面將已五個比較典型的例子作為講解。

例子1:將帶符號字節整型轉換為無符號字節整型

UINT8 a=0;

INT8 b=-3;

a=(UINT8)b;

例子2:在大端模式下(8051 系列單片機是大端模式),將數組a[2]轉化為無符號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];

結果:b=0x1234

方法2:強制類型轉換。

UINT8 a[2]={0x12,0x34};

UINT16 b=0;

b= (UINT16 )a; //強制轉換

結果:b=0x1234

例子3:保存結構體數據內容。

方法1:逐個保存。

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;

結果:數組a 存儲的內容是1、2、3、4、5。

方法2:強制類型轉換。

typedef struct _ST

{

UINT8 a;

UINT8 b;

UINT8 c;

UINT8 d;

UINT8 e;

}ST;

ST s;

UINT8 a[5]={0};

UINT8 p=(UINT8 )&s;//強制轉換

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: %s\n”, FILE, func,LINE,FUN) 類linux的perror函數實現,這里加了出錯的文件位置,所在函數,引發出錯調用的函數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(“%d\n”, CONS(2,3));//2e3 輸出2000

這些方法常用,必然會讓你的代碼更加簡潔高效!

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