51单片机程序优化

程序优化

由于单片机的性能同电脑的性能是天渊之别的，无论从空间资源上、内存资源、工作频率，都是无法

与之比较的。PC 机编程基本上不用考虑空间的占用、内存的占用的问题，最终目的就是实现功能就可以了。对于单片机来说就截然不同了，一般的单片机的Flash 和Ram 的资源是以KB 来衡量的，可想而知，单片机的资源是少得可怜，为此我们必须想法设法榨尽其所有资源，将它的性能发挥到最佳，程序设计时必须遵循以下几点进行优化：

1. 使用尽量小的数据类型

能够使用字符型(char)定义的变量，就不要使用整型(int)变量来定义；能够使用整型变量定义的变

量就不要用长整型(long int)，能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。当然，在定义变

量后不要超过变量的作用范围，如果超过变量的范围赋值，C 编译器并不报错，但程序运行结果却错了，而且这样的错误很难发现。

2. 使用自加、自减指令

通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式(如a-=1 及a+=1 等)都能够生成高质量的

程序代码，编译器通常都能够生成inc 和dec 之类的指令，而使用a=a+1 或a=a-1 之类

的指令，有很多C 编译器都会生成二到三个字节的指令。

3. 减少运算的强度

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。

（1）求余运算

N= N %8 可以改为N = N &7

说明：位操作只需一个指令周期即可完成，而大部分的C 编译器的“%”运算均是调用子程序来

完成，代码长、执行速度慢。通常，只要求是求2n 方的余数，均可使用位操作的方法来代替。

（2）平方运算

N=Pow(3,2) 可以改为N=3*3

说明：在有内置硬件乘法器的单片机中(如51 系列)，乘法运算比求平方运算快得多, 因为浮点数

的求平方是通过调用子程序来实现的，乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短，执行速度快。（3）用位移代替乘法除法

N=M*8 可以改为N=M<<3

N=M/8 可以改为N=M>>3

说明：通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。如果乘以2n，都可以生成左移

的代码，而乘以其它的整数或除以任何数，均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。实际上，只要是乘以或除以一个整数，均可以用移位的方法得到结果。如N=M*9 可以改为N=(M<<3)+M；

（4）自加自减的区别

例如我们平时使用的延时函数都是通过采用自加的方式来实现。

void DelayNms(UINT16 t)

{

UINT16 i,j;

for(i=0;i

for(j=0;i<1000;j++)

}

可以改为

void DelayNms(UINT16 t)

{

UINT16 i,j;

for(i=t;i>=0;i--)

for(j=1000;i>=0;j--)

}

说明：两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C 编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3 个字节，因为几乎所有的MCU 均有为0 转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。

4. while 与do...while 的区别

void DelayNus(UINT16 t)

{

while(t--)

{

NOP();

}

}

可以改为

void DelayNus(UINT16 t)

{

do

{

NOP();

}while(--t)

}

说明：使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while 循环。

5. register 关键字

void UARTPrintfString(INT8 *str)

{

while(*str && str)

{

UARTSendByte(*str++)

}

}

可以改为

void UARTPrintfString(INT8 *str)

{

register INT8 *pstr=str;

while(*pstr && pstr)

{

UARTSendByte(*pstr++)

}

}

说明：在声明局部变量的时候可以使用register 关键字。这就使得编译器把变量放入一个多用途的寄存

器中，而不是在堆栈中，合理使用这种方法可以提高执行速度。函数调用越是频繁，越是可能提高代码的速度，注意register 关键字只是建议编译器而已。

6. volatile 关键字

volatile 总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在

哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以死代码消除。一般来说,volatile 关键字只用在以下三种情况:

a) 中断服务函数中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile(参考本书高级实验程序)

b) 多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile

c) 存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile 说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义

总之，volatile 关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素

更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

7. 以空间换时间

在数据校验实战当中，CRC16 循环冗余校验其实还有一种方法是查表法，通过查表可以更加快获得

校验值，效率更高，当校验数据量大的时候，使用查表法优势更加明显，不过唯一的缺点是占用大量的空间。

//查表法：

code UINT16 szCRC16Tbl[256] = {

0x0000, 0x1021, 0x2042, 0x3063, 0x4084, 0x50a5, 0x60c6, 0x70e7,

0x8108, 0x9129, 0xa14a, 0xb16b, 0xc18c, 0xd1ad, 0xe1ce, 0xf1ef,

0x1231, 0x0210, 0x3273, 0x2252, 0x52b5, 0x4294, 0x72f7, 0x62d6,

0x9339, 0x8318, 0xb37b, 0xa35a, 0xd3bd, 0xc39c, 0xf3ff, 0xe3de,

0x2462, 0x3443, 0x0420, 0x1401, 0x64e6, 0x74c7, 0x44a4, 0x5485,

0xa56a, 0xb54b, 0x8528, 0x9509, 0xe5ee, 0xf5cf, 0xc5ac, 0xd58d,

0x3653, 0x2672, 0x1611, 0x0630, 0x76d7, 0x66f6, 0x5695, 0x46b4,

0xb75b, 0xa77a, 0x9719, 0x8738, 0xf7df, 0xe7fe, 0xd79d, 0xc7bc,

0x48c4, 0x58e5, 0x6886, 0x78a7, 0x0840, 0x1861, 0x2802, 0x3823,

0xc9cc, 0xd9ed, 0xe98e, 0xf9af, 0x8948, 0x9969, 0xa90a, 0xb92b,

0x5af5, 0x4ad4, 0x7ab7, 0x6a96, 0x1a71, 0x0a50, 0x3a33, 0x2a12,

0xdbfd, 0xcbdc, 0xfbbf, 0xeb9e, 0x9b79, 0x8b58, 0xbb3b, 0xab1a,

0x6ca6, 0x7c87, 0x4ce4, 0x5cc5, 0x2c22, 0x3c03, 0x0c60, 0x1c41,

0xedae, 0xfd8f, 0xcdec, 0xddcd, 0xad2a, 0xbd0b, 0x8d68, 0x9d49,

0x7e97, 0x6eb6, 0x5ed5, 0x4ef4, 0x3e13, 0x2e32, 0x1e51, 0x0e70,

0xff9f, 0xefbe, 0xdfdd, 0xcffc, 0xbf1b, 0xaf3a, 0x9f59, 0x8f78,

0x9188, 0x81a9, 0xb1ca, 0xa1eb, 0xd10c, 0xc12d, 0xf14e, 0xe16f,

0x1080, 0x00a1, 0x30c2, 0x20e3, 0x5004, 0x4025, 0x7046, 0x6067,

0x83b9, 0x9398, 0xa3fb, 0xb3da, 0xc33d, 0xd31c, 0xe37f, 0xf35e,

0x02b1, 0x1290, 0x22f3, 0x32d2, 0x4235, 0x5214, 0x6277, 0x7256,

0xb5ea, 0xa5cb, 0x95a8, 0x8589, 0xf56e, 0xe54f, 0xd52c, 0xc50d,

0x34e2, 0x24c3, 0x14a0, 0x0481, 0x7466, 0x6447, 0x5424, 0x4405,

0xa7db, 0xb7fa, 0x8799, 0x97b8, 0xe75f, 0xf77e, 0xc71d, 0xd73c,