在嵌入式系統(tǒng)中由于資源比較有限，特別是內(nèi)存資源，因此對程序運行的性能要求比較高。對執(zhí)行效率高的程序段所占用的空間和運行效率進行全方位的優(yōu)化，可以對程序運行的整體效率將產(chǎn)生可觀的提升。

1、循環(huán)緩沖區(qū)

在一些嵌入式的系統(tǒng)中，常常需要開辟一塊緩沖區(qū)保存數(shù)據(jù)。例如：對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需要將一定時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)放入一個內(nèi)存區(qū)域中。這個內(nèi)存區(qū)域的放置方法是從低地址開始放置，如果放滿了（到達了最高的地址），則需要從頭部的低地址開始重新放置。這樣的內(nèi)存結(jié)構(gòu)就組成了一個循環(huán)緩沖區(qū)。

在一般的嵌入式處理器中沒有硬件自動完成循環(huán)放置的功能，通常的做法是在程序的每次循環(huán)中都判斷緩沖區(qū)是否放滿了，顯然這樣的開銷很大。

如果要在程序中執(zhí)行緩沖區(qū)類型的操作，這些操作一般需要占用一塊連續(xù)的內(nèi)存。在棧上分配的內(nèi)存，一般只能在函數(shù)內(nèi)部使用，函數(shù)退出的時候就會被釋放，因此不適合作為緩沖區(qū)使用。而在堆上的內(nèi)存和靜態(tài)內(nèi)存都可以作為緩沖區(qū)內(nèi)存使用。

我們舉例來看下：

#define BUFFERSIZE 256

int x[BUFFERSIZE];

unsigned int k;

unsigned int i;

while(1)

{

k = i & (BUFFERSIZE-1);

x[k] = ImputData();

/*……*/

i++;

}

從程序中可見，數(shù)組x[]是作為程序的緩沖區(qū)使用的，而由于開始并沒有進行數(shù)組的初始化，x[]是一個建立在BSS段上的數(shù)組，其大小由BUFFERSIZE確定。

我們看循環(huán)內(nèi)的操作，可以完成自動循環(huán)的過程，這個例程中，當i增加到256的時候，k作為數(shù)組下標，又會返回為0，i本身增加到最大值的時候也會變?yōu)?。

那么大家很容易看出來，由于不需要使用if做判斷，可以節(jié)省幾條程序指令的時間。對于這幾條指令看似節(jié)省的時間不多，但是由于上述語句執(zhí)行的頻率非常高，所以這些時間的節(jié)省占程序總運行時間的權(quán)重還是比較大的。尤其對于實時采樣處理問題，程序必須在指定時間內(nèi)完成一系列的操作。所以對于執(zhí)行效率比較高的指令，哪怕只節(jié)省一條指令，對運行效率的提高都是很有意義的。

從以上的例子中可以看出，當進行程序優(yōu)化的時候，不僅需要考慮程序段運行的絕對時間，還應(yīng)該考慮程序段運行的頻率。對于運行頻率非常高的程序，對其進行優(yōu)化會在很大的程度上提高系統(tǒng)的性能。

2、查表法

由于資源有限，程序的運行效率在嵌入式系統(tǒng)上比在PC上的程序開發(fā)更為重要。程序的運行速度和所占用的存儲器空間這兩個效率問題都是必須考慮的。嵌入式系統(tǒng)程序的運行速度與處理器頻率有關(guān)系；而程序所能占用的存儲器空間與ROM或RAM的大小有關(guān)系。

在當前的嵌入式系統(tǒng)中，程序的運行速度比程序所占用的存儲器空間顯得更重要，一是存儲器方便擴展，二是存儲器的容量是比較容易控制，程序運行占用的處理器時間比較難控制。

在設(shè)計過程中，程序的容量和速度在很多時候是有些矛盾的，在程序中犧牲一定的存儲容量換取程序的運行速度，這對于嵌入式系統(tǒng)來說是有一定好處的。典型的例子就是查表法。

例如：在一個4位的二進制數(shù)中，確定有幾位為1，也就是要統(tǒng)計0x0~0xf中的任何一個數(shù)，中間有幾個1。

典型的思路就是使用循環(huán)的方法讓程序在這個4位的數(shù)中依次查找各個位是否為1，最后累加得出1的數(shù)目。那么在實現(xiàn)這個簡單的功能的過程中，需要進行4次循環(huán)、4次判斷，這是有一定開銷的，占用了不少處理器的時間。從程序需要實現(xiàn)的功能考慮，輸入是一個4位的數(shù)，范圍是0x0~0xf，輸出數(shù)的范圍是0~4，這實際上是完成了一種映射功能，可以換成第二種查表法的思路，就是構(gòu)造一個16個元素的數(shù)組，可以通過數(shù)組得到結(jié)果。實際上數(shù)組的下標就是輸入的數(shù)值，而數(shù)組的元素就是輸出的數(shù)值。

那么很容易看出來，這種做法的優(yōu)點是每個數(shù)值的獲取非?？?，代價則是增加了一個有16個元素的數(shù)組。數(shù)組是預(yù)先固化好的常量，而不是程序動態(tài)生成的，這種利用靜態(tài)空間換取程序執(zhí)行時間的方式轉(zhuǎn)換后的程序執(zhí)行效率非常高。如果把它應(yīng)用在使用頻率很高的程序中，就可以節(jié)省很多的系統(tǒng)開銷。

同樣，大家可以考慮一下如果是查找8位數(shù)中的1的個數(shù)怎么做？16位呢？如果變通。

3、針對循環(huán)執(zhí)行效率的優(yōu)化

循環(huán)是C語言程序中的常用語法功能，由于循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)較多，占程序執(zhí)行時間的權(quán)重大，所以對循環(huán)的優(yōu)化是提高程序效率的關(guān)鍵點。

例如，

void change_list_value()

{

int i,count;

POSITION pos;

CPtrList* plist;

plist = get_start(pos);

for(i = 0; i < get_count(); i++) ? ? count = get_count(); ? ? ?

{ for(i = 0; i < count ; i++)

plist = get_next(pos); {}

set_val (plist);

}

return 0;

}

上面這個循環(huán)代碼左邊是原始寫法，右邊是改進的?？梢园l(fā)現(xiàn)循環(huán)中執(zhí)行的函數(shù)減少了，原來的get_count()函數(shù)從原來的內(nèi)部轉(zhuǎn)移到了循環(huán)外部，也就是說這個循環(huán)函數(shù)改進后只執(zhí)行一次，如果這個鏈表中的元素有幾千個至幾萬個，那么第一段代碼比第二段代碼多執(zhí)行了幾千條幾萬條的語句，這樣會導(dǎo)致時間上巨大的開銷。

總結(jié)：在循環(huán)系統(tǒng)中，針對于循環(huán)條件，應(yīng)該盡可能地使用臨時變量來替代函數(shù)調(diào)用，這樣可以在循環(huán)次數(shù)較多的情況下，減少大量不必要的函數(shù)調(diào)用。

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責任編輯：haq