高效率嵌入式程式開發

[日期：2006-12-13]

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引言

在多**、通訊等計算複雜度高的應用中，為了滿足製造費用、功耗、效能以及實時性等諸多限制條件的要求，嵌入式系統程式往往需要特殊設計。這使得設計師在設計面向特定應用的嵌入式軟體時，需要有一套切實可行的程式設計準則。而在實際程式設計中，工程師尤其需要考慮對變數的使用和迴圈程式的處理。

變數使用

在進行實際程式開發時，變數的使用至關重要,其中使用全域性變數比向函式傳遞引數更加有效，這樣免去了函式呼叫時引數入棧和出棧的需要。當然，使用全域性變數會對程式有一些***。變數定義的次序會導致最終映像中資料布局的不同，如圖1所示。

740)this.width=740" border=undefined>

圖1 變數映像次序混亂狀況

由此可見，在宣告變數時，需要考慮怎樣最佳地控制儲存器布局。最好的方法是在程式設計的時候，把所有相同型別的變數放在一起定義。

通常，工程師設法使用short或char來定義變數以節省儲存器空間。在函式的區域性變數數目有限的情況下，編譯器會把區域性變數分配給內部暫存器，每個變數占用乙個暫存器。在這種情況下，使用short和char型變數不但不會節省空間，反而會帶來其它的***。如圖2所示：假定a是任意可能的暫存器，儲存函式的區域性變數。同樣完成加1的操作，32位的int型變數最快，只用一條加法指令。而8位和16位變數，完成加法操作後，還需要在32位的暫存器中進行符號擴充套件。其中，帶符號的變數，要用邏輯左移和算術右移兩條指令才能完成符號擴充套件；無符號的變數，要使用一條邏輯與指令對符號位進行清零。所以，使用32位的int或unsigned int區域性變數最有效。某些情況下，函式從外部儲存器讀入區域性變數進行計算，這時候，需要把不是32位的變數轉換成32位。至於把8位或16位變數擴充套件成32位後，隱藏了原來可能溢位異常這個問題，需要進一步仔細考慮。

迴圈程式的處理

計數迴圈是程式中常用的流程控制結構。在c中，類似下面的for迴圈比比皆是：

for(loop=1；loop<=limit；loop++)

這種累加計數的方法符合一般的自然思維習慣，所以比下面的遞減計數方法使用更多：

for(loop<=limit；loop！=0； loop--)

這兩者在邏輯上並沒有效率差異，但是對映到具體的體系結構中，就產生了很大的不同。

累加法比遞減法多用了一條指令，當迴圈次數比較多的時候，這兩段**就會在效能上產生明顯的差異。分析其本質原因，在於當進行乙個非零常數比較時，必須用專門的cmp指令來執行；而當乙個變數與零進行比較時，arm指令可以直接利用條件執行的特性(ne)來進行判斷。很多時候迴圈展開由編譯器自動完成，不過應注意對中間變數或結果被更改的迴圈，編譯程式往往拒絕展開，這時候就需要工程師自己來做展開工作了。

尤其值得注意的是，在有內部指令cache的cpu上(如arm946es晶元)，因為迴圈展開的**很大，往往會出現高速緩衝儲存器溢位。這時展開的**會頻繁地在cpu的高速緩衝儲存器和記憶體之間來**用，又因為高速緩衝儲存器速度很高，所以此時迴圈展開反而會變慢。同時，迴圈展開會影響向量運算優化。

arm處理器核對nz(零比較轉移)有特別的指令處理，速度非常快，如果你的迴圈對方向不敏感，可以由大向小迴圈。需要注意的是，如果指標操作使用了i值，這種方法可能引起指標索引超界的嚴重錯誤(i = max+1)。當然你可以通過對i做加減運算來糾正，但是如果這樣就沒有提高效率的作用了。

結語

本文對高效率嵌入式arm程式開發總結了一些程式設計技巧。在實際的嵌入式系統開發中，可以大大的提高系統的效能，特別是在多**和通訊等複雜度高的應用中，對程式設計具有指導意義。

參考文獻：

1 marshall p. cline and greg a. lomow. c++ faqs, addison-wesley, 1995

2 bruce eckel. thinking in c++(c++ 程式設計思想，劉宗田等譯)，機械工業出版社，2000

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