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主題:單片機代碼優化深入討論

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wangxinxin
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等級:青蜂俠 帖子:1393 積分:14038 威望:0 精華:0 注冊:2010-11-12 11:08:23
單片機代碼優化深入討論  發帖心情 Post By:2010-12-7 13:56:33

本人在優化定時器和計數器的中斷處理函數中總結了一下經驗,才有自言自語格式:圖片點擊可在新窗口打開查看
1、優化代碼采用匯編就是啦,何必在用C語言呢?
答:代碼的優化是建立在于程序結構最優化之上的,好的程序結構,代碼優化才有價值,是優中優;反之糟糕的程序結構,代碼優化只能在最差的程序結構中得到最好代碼,是差中優。所以優中優>差中優。C語言是一種高級語言(有的叫中級語言)在描述程序結構的與匯編沒有區別,更直觀。
2、現在單片機速度很快,為什么要優化的程序結構呢?
答:比如我在編寫定時器和計數器的程序的時候,由于這個函數使用頻繁,這個中斷以后還要加入類似PLC的IO數據刷新程序(把PLC程序的結果送入單片機的IO端口,或從IO端口中讀入數據)和系統變量數據函數(如秒脈沖,100ms秒脈沖,等),所以這個中斷函數負擔很重。所以每個算法必須最優化。現在單片機速度很快,但是具體某一個固定功能的函數優化一下,可以把單片機資源更多的用于用戶程序。比如PLC的單片機必須解釋用戶程序。必須在定期完成。比如PLC周期是100ms,比如12M的8051,1/10的振蕩周期內完成。1.2M/12=100kHZ,平均下來,10萬指令條不到,還是比較緊張的。稍微好一點的PLC,周期數可以達到10ms。即使采用AVR這種RISC的,在10ms完成一個PLC掃描周期,也是很吃緊的。
3、怎么才能得到最優的程序結構?
答:這個問題很廣,算法=程序+數據結構。數據結構優化,可以學習數據結構的書籍,里面全是最優的結構,依賴于計算機。程序的優化,一般獨立于計算機,要自己有一個好的思路。
比如我在處理定時器和計數器函數是,畫了狀態圖,根據狀態圖,編程序一目了然,基本是最優結構了。除非開發專用硬件或查表法。請參看我的另一個帖子:http://www.stmfans.com/bbs/viewt ... &extra=page%3D1
4、你的那個帖子,首先發的效率不是還可以嗎?
C語言精簡不等于編譯出來的東西會精簡。
5、為什么呀?
我首先貼出來的的C程序,沒有跟我畫出來的狀態圖一一對應。沒有充分利用各bit量的信息。
比如,定時器從S1轉到S2,只需判斷T_EN=1;維持狀態:T_EN=0
S2轉到S1,只需判斷T_EN=0。S2維持,須判斷T_ACC<T_SET=1。S2轉到S3,須判斷T_ACC<T_SET=0;
S3轉到S1,T_EN=0;S3維持,T_EN=1;這個時候T_ACC<T_SET是個無關量,不需要重復運算了。

我還設置tmp中間量,其實T_OUT的狀態已經表明T_ACC<T_SET=0,tmp是畫蛇添足的,浪費空間。
6、條件表達式不是比if else要好嗎?
在大多情況下,進行簡單的運算,要好一點(微弱),語句復雜的話,編譯出來的東西不一定高效。況且條件表達式中,
無法加入break等語句。
7、我看了關于編程優化的書籍,要減少跳轉的,你后面的程序跳轉很多呀?尤其是那個計數器,嵌套了好幾層呀?
由于很多編程優化的書籍是針對PC機的:減少跳轉,可以提高CPU緩存的命中率。由于緩存速度很快,與CPU同步的。如intel的扣肉
分一級緩存,二級緩存。當跳轉的時候如果跳出了二級緩存的范圍,會到內存中讀取數據,由于內存的速度比CPU慢一個數量級。
所以效率不高。

而我們的單片機編程的時候,flash與RAM都是與CPU同步的。單片機的RAM全部是SRAM(緩存也是SRAM),跳轉只能在單片機的資源以內,相當于PC的CPU中只能在緩存空間內跳。所以單片機的命中率是100%,除非出錯。圖片點擊可在新窗口打開查看OL所以跳轉語句只是單片機的一個普通指令,處理周期數不是最高的,比如51的跳轉都是2個機器周期。比如ADD,SUB,MOV等指令都要2個周期。
8、你后面發的程序,為什么是最優呢?
我把后面的程序由編譯器編譯出來的指令貼出來:
;        d:\MYDOCU~1\51_proj\timer.c:28: if(T0_EN)
        jnb        _T0_EN,00105$   ;對應狀態圖S2   t2
;        d:\MYDOCU~1\51_proj\timer.c:30: if(T0_OUT);
        jb        _T0_OUT,00106$        ;對應狀態圖S2   t2
;        d:\MYDOCU~1\51_proj\timer.c:32: {T0_OUT=++T0_ACC>=T0_SET;}
        inc        _T0_ACC           ;對應狀態圖S2 t1
        clr        c                                t1
        mov        a,_T0_ACC                        t2
        subb        a,#0x14                                t2
        mov  b0,c                                t2
        cpl        c                                t1
        mov        _T0_OUT,c        ;對應狀態圖S3  t2
        sjmp        00106$                                t2
00105$:
;        d:\MYDOCU~1\51_proj\timer.c:36: T0_OUT=0;T0_ACC=0;
        clr        _T0_OUT                ;對應狀態圖S1  t1
        mov        _T0_ACC,#0x00                   t2
00106$:

即使沒采用匯編語言,C編譯器已經為我們產生出來很精簡的語句,當然32至36之間的代碼還可以采用匯編優化。
所以首先程序優化,然后在進行匯編,難度降低了很多。因為程序優化后,C編譯出來的匯編,在進行優化工作量很小了。
其中計數器的代碼變化最大,優化了10行之多。給我可以自己用編譯器試驗一下。

9、這個是最快的嗎?
不是,最快的應該是查表法。對這個定時器來說:
方案一:
輸入:T_EN,T_ACC,T_SET
輸出:T_OUT,T_ACC
建立一個數據表格,然后在中斷函數中用查表法,大概兩條指令搞定。不過占用的空間也是嚇人。圖片點擊可在新窗口打開查看OL

10、在使用if else語句注意什么?
采用if else語句避免()中進行多目運算。也不要進行取反運算,因為這樣代碼會增加好幾行。
如果直接用bit量,這樣編譯器會用 jnb或jb,

由于本人水平有限,舉例采用的是8051(因為我的電腦是P3 800,運行proteus正好)。希望對大家有參考作用

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