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C语言嵌入式系统编程修炼之六:性能优化!

归档日期:06-16       文本归类:嵌入式语言      文章编辑:爱尚语录

  当对一个变量频繁被读写时,需要反复访问内存,从而花费大量的存取时间。为此,C语言提供了一种变量,即寄存器变量。这种变量存放在CPU的寄存器中,使用时,不需要访问内存,而直接从寄存器中读写,从而提高效率。寄存器变量的说明符是register。对于循环次数较多的循环控制变量及循环体内反复使用的变量均可定义为寄存器变量,而循环计数是应用寄存器变量的最好候选者。

  (1) 只有局部自动变量和形参才可以定义为寄存器变量。因为寄存器变量属于动态存储方式,凡需要采用静态存储方式的量都不能定义为寄存器变量,包括:模块间全局变量、模块内全局变量、局部static变量;

  (2) register是一个建议型关键字,意指程序建议该变量放在寄存器中,但最终该变量可能因为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++语言中有另一个建议型关键字:inline)。

  程序中对时间要求苛刻的部分可以用内嵌汇编来重写,以带来速度上的显著提高。但是,开发和测试汇编代码是一件辛苦的工作,它将花费更长的时间,因而要慎重选择要用汇编的部分。

  在程序中,存在一个80-20原则,即20%的程序消耗了80%的运行时间,因而我们要改进效率,最主要是考虑改进那20%的代码。

  嵌入式C程序中主要使用在线汇编,即在C程序中直接插入_asm{ }内嵌汇编语句:

  对于程序代码,已经被烧录在FLASH或ROM中,我们可以让CPU直接从其中读取代码执行,但通常这不是一个好办法,我们最好在系统启动后将FLASH或ROM中的目标代码拷贝入RAM中后再执行以提高取指令速度;

  对于UART等设备,其内部有一定容量的接收BUFFER,我们应尽量在BUFFER被占满后再向CPU提出中断。例如计算机终端在向目标机通过RS-232传递数据时,不宜设置UART只接收到一个BYTE就向CPU提中断,从而无谓浪费中断处理时间;

  如果对某设备能采取DMA方式读取,就采用DMA读取,DMA读取方式在读取目标中包含的存储信息较大时效率较高,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(或者相反)。DMA方式较之中断驱动方式,减少了CPU 对外设的干预,进一步提高了CPU与外设的并行操作程度。

  使用C语言的位操作可以减少除法和取模的运算。在计算机程序中数据的位是可以操作的最小数据单位,理论上可以用位运算来完成所有的运算和操作,因而,灵活的位操作可以有效地提高程序运行的效率。举例如下:

  对于以2的指数次方为*、/或%因子的数学运算,转化为移位运算通常可以提高算法效率。因为乘除运算指令周期通常比移位运算大。

  C语言位运算除了可以提高运算效率外,在嵌入式系统的编程中,它的另一个最典型的应用,而且十分广泛地正在被使用着的是位间的与(&)、或()、非(~)操作,这跟嵌入式系统的编程特点有很大关系。我们通常要对硬件寄存器进行位设置,譬如,我们通过将AM186ER型80186处理器的中断屏蔽控制寄存器的第低6位设置为0(开中断2),最通用的做法是:

  在性能优化方面永远注意80-20准备,不要优化程序中开销不大的那80%,这是劳而无功的。

  宏定义是C语言中实现类似函数功能而又不具函数调用和返回开销的较好方法,但宏在本质上不是函数,因而要防止宏展开后出现不可预料的结果,对宏的定义和使用要慎而处之。很遗憾,标准C至今没有包括C++中inline函数的功能,inline函数兼具无调用开销和安全的优点。

  除了编程上的技巧外,为提高系统的运行效率,我们通常也需要最大可能地利用各种硬件设备自身的特点来减小其运转开销,例如减小中断次数、利用DMA传输方式等。

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