如何提高單片機(jī)程序執(zhí)行效率

首先什么是執(zhí)行效率。我們平常所說的執(zhí)行效率就是使用相同的算法在相同輸入條件下完成相同計(jì)算所產(chǎn)生的系統(tǒng)開銷，目前來說一般會(huì)更多關(guān)注執(zhí)行時(shí)間方面的開銷。所有語言編寫的代碼最終要運(yùn)行，都要轉(zhuǎn)化成機(jī)器碼。在更短的時(shí)間內(nèi)完成相同的事那么效率就高。

關(guān)于如何提高C語言程序的執(zhí)行效率，以我多年的編程經(jīng)驗(yàn)在這里我來談?wù)勎业南敕ǎ?/p>

1.盡量避免調(diào)用延時(shí)函數(shù)

沒有帶操作系統(tǒng)的程序只能在while(1)里面循環(huán)執(zhí)行，如果在這里面調(diào)用大量的延時(shí)這樣會(huì)很消耗CPU的資源，延時(shí)等于是讓他在這歇著不干事了，只有中斷里面的才會(huì)執(zhí)行。如果僅僅是做一個(gè)LED一秒閃爍一次的程序，那么很簡(jiǎn)單，可以直接調(diào)用延時(shí)函數(shù)，但是實(shí)際的項(xiàng)目中往往在大循環(huán)里有很多事要做，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合就不行了。為了避免使用延時(shí)，可以使用定時(shí)器中斷產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志位，到了時(shí)間標(biāo)志位置1，在主程序里面只需要檢測(cè)標(biāo)志位，置1了才執(zhí)行一次，然后清標(biāo)志。其他時(shí)間就去做別的事了，而不會(huì)在這等待了。最好的例子就是數(shù)碼管的顯示，使用中斷調(diào)顯示，在我們的例程里面有。然后是那個(gè)按鍵檢測(cè)的，一般的程序都是做的while（！key）等待按鍵釋放，如果按鍵一直按著，那后面的程序就永遠(yuǎn)得不到運(yùn)行死在這了，其實(shí)可以做一個(gè)按鍵標(biāo)志檢測(cè)下降沿和上升沿就可以避免這個(gè)問題了。

2.寫出來的代碼要盡量簡(jiǎn)潔，避免重復(fù)

在10天學(xué)會(huì)單片機(jī)那本書上看到他寫的數(shù)碼管顯示那部分代碼，選中一個(gè)位，然后送數(shù)據(jù)，再選中一個(gè)位，再送數(shù)據(jù)，依次做完。代碼重復(fù)率太高了，不僅占用過多的類存，而且執(zhí)行效率差可讀性差，僅僅是實(shí)現(xiàn)了功能而已，實(shí)際的編程可以做一個(gè)循環(huán)，for循環(huán)或者while循環(huán)。這樣的代碼看起來更有水平。

3.合理使用宏定義

在程序中如果某個(gè)變量或寄存器經(jīng)常用到，可以使用宏定義定義一個(gè)新的名代替他，這樣的好處是方便修改，比如液晶的數(shù)據(jù)端總線接的P1，現(xiàn)在想改到P0，那么只需要修改宏定義這里就可以了，編譯器編譯的時(shí)候，他會(huì)自動(dòng)的把定義的名替換成實(shí)際的名稱。

4.使用盡量小的數(shù)據(jù)類型

比如某個(gè)變量的值范圍是0-255，那么就定義成unsignedchar,當(dāng)然也可以定義成unsignedint,但是這樣造成了內(nèi)存的浪費(fèi)，而且運(yùn)算時(shí)效率要低一點(diǎn)。如果數(shù)據(jù)沒有負(fù)數(shù)的話，盡量定義成無符號(hào)的類型。應(yīng)盡量避免定義成浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)類型或雙精度（占8個(gè)字節(jié)）類型，這兩種類型運(yùn)算時(shí)很消耗CPU資源。比如采集電壓范圍是0-5v，精確到小數(shù)點(diǎn)后三位，可以把采集到的數(shù)據(jù)擴(kuò)大1000倍，即使最大也才到5000，然后多采集幾次做個(gè)濾波算法，最后電壓算出來后只需要在第一位后面加個(gè)小數(shù)點(diǎn)就可以了，變量定義成unsignedint型變量就沒問題了。

5.避免使用乘除法

乘除法很消耗CPU資源，查看匯編代碼會(huì)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)乘除法運(yùn)算會(huì)編譯出10幾甚至幾10行代碼。如果是乘以或除以2的n次方，可以用<<或>>來實(shí)現(xiàn)，這種移位運(yùn)算在編譯時(shí)就已經(jīng)算好了，所以代碼很簡(jiǎn)潔，運(yùn)算效率就高。但是需要特別注意運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)問題。

6.盡量使用復(fù)合賦值運(yùn)算符

a=a+b與a+=b這兩個(gè)表達(dá)式有什么區(qū)別呢？前者是先計(jì)算a+b的值，然后保存到ACC寄存器，然后再把ACC寄存器的值賦給a,而后者是直接將a+b的值賦給a,節(jié)省一個(gè)步驟，雖然只節(jié)省了一條指令，但是當(dāng)這個(gè)運(yùn)算循環(huán)幾千次幾萬次呢，那么效果很明顯了。像其他的-=、*=、/=、%=等都是一樣的。

7.盡量不要定義成全局變量

先來看一下局部變量，全局變量，靜態(tài)局部變量，靜態(tài)全局變量的異同：

（1）局部變量：在一個(gè)函數(shù)中或復(fù)合語句中定義的變量，在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配存儲(chǔ)單元，在調(diào)用時(shí)動(dòng)態(tài)分配，在函數(shù)或復(fù)合語句結(jié)束時(shí)自動(dòng)釋放；

（2）靜態(tài)局部變量：在一個(gè)函數(shù)中定義局部變量時(shí)，若加上static聲明，則此變量為靜態(tài)局部變量，在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配存儲(chǔ)單元，在程序運(yùn)行期間都不釋放；靜態(tài)局部變量只能在該函數(shù)中使用；靜態(tài)局部變量在編譯時(shí)賦值（若在定義時(shí)未進(jìn)行賦值處理，則默認(rèn)賦值為0（對(duì)數(shù)值型變量）或空字符（對(duì)字符型變量））；靜態(tài)局部變量在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不自動(dòng)釋放，保留函數(shù)調(diào)用結(jié)束后的值；

（3）全局變量：在函數(shù)外定義的變量稱為全局變量；全局變量在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配存儲(chǔ)單元，在程序運(yùn)行期間都不釋放，在文件中的函數(shù)均可調(diào)用該全局變量，其他文件內(nèi)的函數(shù)調(diào)用全局變量，需加extern聲明；

（4）靜態(tài)全局變量：在函數(shù)外定義變量時(shí)，若加上static聲明，則此變量為靜態(tài)全局變量；靜態(tài)全局變量在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配存儲(chǔ)單元，在程序運(yùn)行期間都不釋放，靜態(tài)全局變量在編譯時(shí)賦值（若在定義時(shí)未進(jìn)行賦值處理，則默認(rèn)賦值為0（對(duì)數(shù)值型變量）或空字符（對(duì)字符型變量））；只能在當(dāng)前文件中使用。

一般情況下就定義成局部變量，這樣不僅運(yùn)行更高效，而且很方便移植。局部變量大多定位于MCU內(nèi)部的寄存器中,在絕大多數(shù)MCU中,使用寄存器操作速度比數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器快,指令也更多更靈活,有利于生成質(zhì)量更高的代碼,而且局部變量所的占用的寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在不同的模塊中可以重復(fù)利用。

當(dāng)中斷里需要用到的變量時(shí)，就需要定義成全局變量，并且加volatile修飾一下，防止編譯器優(yōu)化。如果數(shù)據(jù)是只讀的比如數(shù)碼管的斷碼、漢字取模的字庫需要放在ROM里，這樣可以節(jié)省RAM，51單片機(jī)是加code，高級(jí)點(diǎn)的單片機(jī)都是加const修飾。

8.選擇合適的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

應(yīng)該熟悉算法語言，知道各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，具體資料請(qǐng)參見相應(yīng)的參考資料，有很多計(jì)算機(jī)書籍上都有介紹。將比較慢的順序查找法用較快的二分查找或亂序查找法代替，插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替，都可以大大提高程序執(zhí)行的效率。.

選擇一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也很重要。指針是一個(gè)包含地址的變量，可對(duì)他指向的變量進(jìn)行尋址。使用指針可以很容易的從一個(gè)變量移到下一個(gè)變量，故特別適合對(duì)大量變量進(jìn)行操作的場(chǎng)合。數(shù)組與指針語句具有十分密切的關(guān)系，一般來說，指針比較靈活簡(jiǎn)潔，而數(shù)組則比較直觀，容易理解。對(duì)于大部分的編譯器，使用指針比使用數(shù)組生成的代碼更短，執(zhí)行效率更高。但是在Keil中則相反，使用數(shù)組比使用的指針生成的代碼更短。

9.使用條件編譯

一般情況下對(duì)C語言程序進(jìn)行編譯時(shí)，所有的程序都參加編譯，但是有時(shí)希望對(duì)其中一部分內(nèi)容只在滿足一定條件才編譯，這就是條件編譯。條件編譯可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇不同的編譯范圍，從而產(chǎn)生不同的代碼。

10.嵌入?yún)R編---殺手锏

匯編語言是效率最高的計(jì)算機(jī)語言，在一般項(xiàng)目開發(fā)當(dāng)中一般都采用C語言來開發(fā)的，因?yàn)榍度雲(yún)R編之后會(huì)影響平臺(tái)的移植性和可讀性，不同平臺(tái)的匯編指令是不兼容的。但是對(duì)于一些執(zhí)著的程序員要求程序獲得極致的運(yùn)行的效率，他們都在C語言中嵌入?yún)R編，即“混合編程”。注意：如果想嵌入?yún)R編，一定要對(duì)匯編有深刻的了解。不到萬不得已的情況，不要使用嵌入?yún)R編。