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很重要的話題。這里所說的高質(zhì)量底層代碼是指既達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，同時讀寫變量的保護，不進行初始化的變量這幾個方面來討論如何編寫良好的嵌入式C代碼。
一、編寫利于優(yōu)化的源代碼
我們在編寫源代碼的時候如果能夠遵循以下幾點，可以讓編譯器更好的對代碼進行優(yōu)化：
1)局部變量(自動變量和參數(shù))比靜態(tài)或全局變量要更好。
為什么這么說呢，因為優(yōu)化器會假定任何一個函數(shù)都可能修改靜態(tài)或全局變量。當局部變量的生命周期結(jié)束的時候，它所占據(jù)的內(nèi)存就可以被其它變量使用，而全局變量在整個程序的生命周期內(nèi)都不會釋放它所占據(jù)的內(nèi)存空間。
2)避免用&運算符取局部變量的地址。
這里有兩個原因會導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，這將導致更長更慢的代碼效率。其次，優(yōu)化器不再假設其它的函數(shù)，因此不會影響到該變量。
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模塊都用到的小函數(shù)寫在頭文件中而不是實現(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?？臻g：
1)如果棧空間有限，那么我們就要盡量避免長的調(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，我們應該更多的使用指針來代替這種聚合類型。
三、函數(shù)原型
有兩種函數(shù)的定義和聲明方式可以使用。一種是原型風格，一種是Kernighan & Ritchie C風格。兩種風格都是可以的，但強烈建議應用原型風格，也就是說對每一個公共函數(shù)都在相應的頭文件中提供一個原型聲明。
這是因為編譯器對應用Kernighan & Ritchie C風格的參數(shù)不進行類型檢查。應用原型風格在某些情況下將產(chǎn)生高效的代碼，因為它不需要進行參數(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，可以打開編譯器選項 Project>Options>C/C++ Compiler>Language 1>Require prototypes
以下是兩種風格的示例
1)原型風格：
原型風格中，必須寫明每個參數(shù)的類型。
int Test(char, int); /* 聲明 */
int Test(char ch, int i) /* 定義 */
{
return i - ch;
}
2)Kernighan & Ritchie風格：
Kernighan & Ritchie風格中，不需要進行函數(shù)原型聲明。取而代之的是一個空參數(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)則會導致難以理解的行為。這經(jīng)常出現(xiàn)在賦值或者條件表達式中，這里涉及不同長度類型的數(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8位的字符類型，1個32位的整數(shù)類型，按照二進制補碼操作。
void F1(unsigned char c1)
{
if (c1 == ~0x08);
}
這里，測試條件總是false。因為右邊的0x08 = 0x00000008，~0x00000008 = 0xFFFFFFF7。左邊的c1是1個8位無符號字符類型，因此它不可能比255大，也不可能是負數(shù)，這就意味著它的高24位不可能置1。所以這個測試條件總是false的。
五、同時讀寫變量的保護
在中斷程序或者單獨線程中用到的變量經(jīng)常是異步讀寫的，它們必須進行適當?shù)貥擞浐瓦m當?shù)谋Ｗo。
編譯器應用volatile關(guān)鍵字對這類變量進行標記。這個關(guān)鍵字通知編譯器該對象的值無任何持久性，不要對它進行任何優(yōu)化。它迫使編譯器每次需要該對象數(shù)據(jù)內(nèi)容的時候都必須讀該對象，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)訪問之用。
六、不進行初始化的變量
通常，運行時環(huán)境在應用程序啟動的時候會初始化所有的靜態(tài)和全局變量。編譯器支持用__no_init關(guān)鍵字來聲明不進行初始化的變量。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。
本文介紹了編寫良好的嵌入式C代碼涉及的多個方面。編寫良好的嵌入式C代碼需要大量的專業(yè)知識，本文雖盡力描述編寫良好的嵌入式C代碼所需要的各種技能，但難免會有不足的地方，希望大家多多指正。
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