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摘 要：C语言是嵌入式系统开发中常用的一种程序设计语言.本文结合嵌入式系统的特点,从编程规范、存储器分配和算法优化三个方面,阐述了C语言在嵌入式软件开发中的代码优化方法。
关键词：嵌入式系统；C语言；代码优化
中图分类号：TP202+.7文献标识码：A
The Code Optimization in Embedded Systems Programing with C Language
CHEN Lei，CHEN Zhao-hui
(LuoYang institute of Science and Technology，Henan Luoyang471023)
Key words: embedded system；C language；code optimization
1 嵌入式C语言的特点
尽管嵌人式C语言是一种强大而方便的开发工具，但开发人员如果要达到用C语言快速编出高效而易于维护的嵌人式系统程序，首先必须对C语言编程有较透彻的掌握，其次，还应该对实际电子硬件系统有深人的理解，当然在学习嵌人式C之前，较为熟练地掌握用汇编语言编程是十分必要的。
2 C代码在程序设计中的优化
笔者根据实际开发经验，对如何提高嵌入式C语言在系统开发中的效率浅谈几点体会。
(1)养成良好的、规范化的编程风格，使之符合软件工程的开发要求。使用正规、一致的编程风格十分重要，在变量名的命名规则中，建议使用Hungarian命名法则，再加上模块化的编程方式，详尽的程序说明文档，久而久之，能够大幅度提高编程效率，方便多人分工协作，也适合项目的后期维护，以及重新利用。
(2)适当的使用宏。在C程序中使用宏代码可以提高程序的执行效率。宏代码本身不是函数,但使用起来像函数。函数调用要使用系统的栈来保存数据,同时CPU在函数调用时需要保存和恢复当前的现场,进行进栈和出栈操作,所以函数调用也需要CPU时间。而宏定义就没有这个问题:宏定义仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序中,不产生函数调用,所占用的仅仅是一些空间,省去了参数压栈、生成汇编语言的call调用、返回参数、执行return等过程,从而提高了程序的执行速度。虽然宏破坏了程序的可读性,使排错更加麻烦,但对于嵌入式系统,为了达到要求的性能,嵌入代码常常是必须的做法。
(3)高效分配存储器。由于成本限制,嵌入式系统存储器容量有限。程序中所有的变量、包含的库函数以及堆栈等都使用有限的内存:全局变量在整个程序范围内都有效,程序执行完后才会释放;静态变量的作用范围也是整个程序,只有局部变量中的动态变量在函数执行完后会释放。因此,在程序中应尽量使用局部变量,提高内存使用效率。程序中堆的大小受限于所有全局数据和栈空间都分配后的剩余量,如果堆太小,程序不能够在需要的时候分配内存。因此在使用malloc函数申请内存之后一定要用free函数进行释放,防止内存泄露。为了提高执行效率，对存储器类型的设定，应该根据以下原则:只要条件满足，尽量先使用内部直接寻址存储器(data)，其次设定变量为间接寻址存储器(idata)，在内部存储器数量不够的情况下，才使用外部存储器，而且在外部存储器中，优先选择(pdata),最后才是(xdata)，而且，在内部和外部存储器共同使用的情况下，要合理分配存储器，对经常使用和计算频繁的数据，应该使用内部存储器，其它的则使用外部存储器。要根据它们的数量进行分配，在例程中，因为内部数据存储器的数量足够，我们在例程中将所有变量都申明为直接数据存储器，这样能使程序访问数据存储器的时间最少，从而提高程序运行效率。
(4)合理设置变量类型以及设置运算模式可以大大减小代码量，提高程序执行效率。
我们以51系列单片机为例。由于51系列是8位机，它只能直接处理8位无符号数的运算，而对其它类型的数据则需通过额外的算法来实现，因此，在对变量进行类型设置时，要尽可能选用无符号的字符类型，尽量少使用有符号以及多字节类型，因此，在程序设计中，都尽量采用无符号数以提高运算速度，以此避免进行多余运算。
在运算时，可以进行定点运算的尽量进行定点运算，避免进行浮点运算。如*2或/2，就可以使用移位操作来代替除法运算。这样不仅可以减少代码量，同时，还能大大提高程序执行效率，例如，对直流信号通常采用一滞后滤波法。它的表达式为:Y。二(1-K)Xo+K*Yo，在这个运算式中，如果将K值取为0. 75，则可以通过移位运算代替浮点运算或多字节的算术运算，从而简小编译后的程序模块，提高程序执行效率。而将K值取为0. 75并不会影响数据滤波的效果。
(5)将汇编程序嵌人嵌人式C程序中，完成实时响应或精确控制任务。
在一些实时性要求很高，如中断程序处理、数据采集程序、实时控制程序以及一些实时的带符号或多位运算中，建议将汇编语言嵌人C程序中进行处理。在KEILC51的C编译系统中，C程序能够与汇编程序实现方便灵活的接口，在C程序中调用汇编十分方便灵活，对二者调用的主要难度在于:实现数据的准确传输，汇编与C中实现数据传输可通过两种方式，一是利用工作寄存器进行数据传送，这种方式安全，但根据传送数据类型的不同，只能传送1个一3个参数，另外一种方案是指定特定的数据区，二者在特定的工作区内进行数据传输，这种方式，其传递数据量可自行控制，但不安全，需要开发人员仔细控制。
参考文献:
[1]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航天航空大学出版社,1999.
[2]王东征.嵌入式C语言位操作的移植与优化[J].单片机与嵌入式系统,2007,(2):72-74
关键词：嵌入式系统；C语言；代码优化
中图分类号：TP202+.7文献标识码：A
The Code Optimization in Embedded Systems Programing with C Language
CHEN Lei，CHEN Zhao-hui
(LuoYang institute of Science and Technology，Henan Luoyang471023)
Key words: embedded system；C language；code optimization
1 嵌入式C语言的特点
尽管嵌人式C语言是一种强大而方便的开发工具，但开发人员如果要达到用C语言快速编出高效而易于维护的嵌人式系统程序，首先必须对C语言编程有较透彻的掌握，其次，还应该对实际电子硬件系统有深人的理解，当然在学习嵌人式C之前，较为熟练地掌握用汇编语言编程是十分必要的。
2 C代码在程序设计中的优化
笔者根据实际开发经验，对如何提高嵌入式C语言在系统开发中的效率浅谈几点体会。
(1)养成良好的、规范化的编程风格，使之符合软件工程的开发要求。使用正规、一致的编程风格十分重要，在变量名的命名规则中，建议使用Hungarian命名法则，再加上模块化的编程方式，详尽的程序说明文档，久而久之，能够大幅度提高编程效率，方便多人分工协作，也适合项目的后期维护，以及重新利用。
(2)适当的使用宏。在C程序中使用宏代码可以提高程序的执行效率。宏代码本身不是函数,但使用起来像函数。函数调用要使用系统的栈来保存数据,同时CPU在函数调用时需要保存和恢复当前的现场,进行进栈和出栈操作,所以函数调用也需要CPU时间。而宏定义就没有这个问题:宏定义仅仅作为预先写好的代码嵌入到当前程序中,不产生函数调用,所占用的仅仅是一些空间,省去了参数压栈、生成汇编语言的call调用、返回参数、执行return等过程,从而提高了程序的执行速度。虽然宏破坏了程序的可读性,使排错更加麻烦,但对于嵌入式系统,为了达到要求的性能,嵌入代码常常是必须的做法。
(3)高效分配存储器。由于成本限制,嵌入式系统存储器容量有限。程序中所有的变量、包含的库函数以及堆栈等都使用有限的内存:全局变量在整个程序范围内都有效,程序执行完后才会释放;静态变量的作用范围也是整个程序,只有局部变量中的动态变量在函数执行完后会释放。因此,在程序中应尽量使用局部变量,提高内存使用效率。程序中堆的大小受限于所有全局数据和栈空间都分配后的剩余量,如果堆太小,程序不能够在需要的时候分配内存。因此在使用malloc函数申请内存之后一定要用free函数进行释放,防止内存泄露。为了提高执行效率，对存储器类型的设定，应该根据以下原则:只要条件满足，尽量先使用内部直接寻址存储器(data)，其次设定变量为间接寻址存储器(idata)，在内部存储器数量不够的情况下，才使用外部存储器，而且在外部存储器中，优先选择(pdata),最后才是(xdata)，而且，在内部和外部存储器共同使用的情况下，要合理分配存储器，对经常使用和计算频繁的数据，应该使用内部存储器，其它的则使用外部存储器。要根据它们的数量进行分配，在例程中，因为内部数据存储器的数量足够，我们在例程中将所有变量都申明为直接数据存储器，这样能使程序访问数据存储器的时间最少，从而提高程序运行效率。
(4)合理设置变量类型以及设置运算模式可以大大减小代码量，提高程序执行效率。
我们以51系列单片机为例。由于51系列是8位机，它只能直接处理8位无符号数的运算，而对其它类型的数据则需通过额外的算法来实现，因此，在对变量进行类型设置时，要尽可能选用无符号的字符类型，尽量少使用有符号以及多字节类型，因此，在程序设计中，都尽量采用无符号数以提高运算速度，以此避免进行多余运算。
在运算时，可以进行定点运算的尽量进行定点运算，避免进行浮点运算。如*2或/2，就可以使用移位操作来代替除法运算。这样不仅可以减少代码量，同时，还能大大提高程序执行效率，例如，对直流信号通常采用一滞后滤波法。它的表达式为:Y。二(1-K)Xo+K*Yo，在这个运算式中，如果将K值取为0. 75，则可以通过移位运算代替浮点运算或多字节的算术运算，从而简小编译后的程序模块，提高程序执行效率。而将K值取为0. 75并不会影响数据滤波的效果。
(5)将汇编程序嵌人嵌人式C程序中，完成实时响应或精确控制任务。
在一些实时性要求很高，如中断程序处理、数据采集程序、实时控制程序以及一些实时的带符号或多位运算中，建议将汇编语言嵌人C程序中进行处理。在KEILC51的C编译系统中，C程序能够与汇编程序实现方便灵活的接口，在C程序中调用汇编十分方便灵活，对二者调用的主要难度在于:实现数据的准确传输，汇编与C中实现数据传输可通过两种方式，一是利用工作寄存器进行数据传送，这种方式安全，但根据传送数据类型的不同，只能传送1个一3个参数，另外一种方案是指定特定的数据区，二者在特定的工作区内进行数据传输，这种方式，其传递数据量可自行控制，但不安全，需要开发人员仔细控制。
参考文献:
[1]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航天航空大学出版社,1999.
[2]王东征.嵌入式C语言位操作的移植与优化[J].单片机与嵌入式系统,2007,(2):72-74