詳解優(yōu)化嵌入式軟件的七大技巧

　　
 

　　早前的專(zhuān)欄中曾討論過(guò)在許多情況下需要優(yōu)化的嵌入式系統的關(guān)鍵特征，包括系統時(shí)序、代碼大小、RAM使用率和能耗。雖然優(yōu)化每個(gè)特征通常要求不同的方法和技術(shù)，但開(kāi)發(fā)人員在優(yōu)化嵌入式軟件時(shí)可以遵循幾個(gè)通用技巧。

　　技巧1—總是創(chuàng )建基準用于比較

　　創(chuàng )建基準用于比較優(yōu)化結果的必要性顯而易見(jiàn)，令人驚訝的是開(kāi)發(fā)團隊常常在沒(méi)有任何基準的情況下匆忙開(kāi)展優(yōu)化?；鶞蕼y量很重要，因為每次優(yōu)化得到的改進(jìn)會(huì )越來(lái)越小。舉例來(lái)說(shuō)，第一遍能耗優(yōu)化可能有20%的改進(jìn)，第二次有10%，第三次5%，以此類(lèi)推。開(kāi)發(fā)人員應了解這種趨勢，并將他們在系統中獲得的改進(jìn)量化為輸入次數的函數。

　　技巧2—設定優(yōu)化目標

　　每一次優(yōu)化都比前一次需要更多的時(shí)間才能從系統中獲得極少量的改進(jìn)。開(kāi)發(fā)團隊需要仔細平衡他們的時(shí)間投入，并根據改進(jìn)結果判斷是否值得花這么多時(shí)間。一味悶頭做事很容易沉迷，可能花了數周時(shí)間才認識到自己在優(yōu)化一個(gè)不再需要優(yōu)化的系統。因此在優(yōu)化開(kāi)始之前，開(kāi)發(fā)團隊應設定一個(gè)目標值，達到這個(gè)目標，就表示優(yōu)化結果對當前應用來(lái)說(shuō)足夠好，優(yōu)化過(guò)程已經(jīng)完成。

　　技巧3—使用正確的測量工具

　　如果沒(méi)有合適的測量工具，優(yōu)化一個(gè)系統是很困難的。舉例來(lái)說(shuō)，如果不使用一種精確的方法來(lái)測量系統和微控制器的能耗，便很難完成能耗的優(yōu)化。開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常無(wú)法區分這兩種不同的能量測量，他們試圖減少實(shí)際上無(wú)法再減少的微控制器能耗。

　　對性能優(yōu)化感興趣的開(kāi)發(fā)人員可以看一看我在“親自動(dòng)手：Segger系統查看工具”中介紹的Segger系統查看工具，這款工具對于了解哪些

　　函數正在獨占CPU非常有用。如果沒(méi)有能夠精確測量或可供開(kāi)發(fā)人員查看系統行為的工具，那么在優(yōu)化系統時(shí)便抓不住重點(diǎn)。
 

 

　　技巧4—使用優(yōu)化工具

　　為了減小代碼大小或提高性能，嵌入式軟件的許多方面都可以?xún)?yōu)化。一些情況下可以使用獨立的或附屬的工具鏈。Somnium DRT優(yōu)化器就是一種很好的優(yōu)化工具，可以與GCC一起用來(lái)優(yōu)化代碼大小、能量使用率和性能。

　　不過(guò)有時(shí)候外部工具可能不是必需的，只要選擇正確的工具鏈就足夠了。我最近寫(xiě)了一篇題為《開(kāi)源與商用編譯器》的文章，說(shuō)明了這樣一個(gè)事實(shí)：在Coremark測試中，對于相同的微控制器和相同的測試條件，商用編譯器的得分總是高于GCC等開(kāi)源編譯器。

　　技巧5—使用編譯器屬性和#pragma指令

　　我一般很不喜歡用#pragma指令或編譯器屬性。屬性和#pragma指令通常是不可移植的，改變編譯器可能會(huì )造成軟件缺陷。然而，在調整嵌入式軟件時(shí)，開(kāi)發(fā)人員通常沒(méi)有選擇。使用屬性和#pragma指令可以提高速度，并能根據實(shí)際情況有選擇地優(yōu)化某個(gè)功能?；谶@些理由，想要優(yōu)化軟件的開(kāi)發(fā)人員應該熟悉屬性的使用，而且要閱讀《用C語(yǔ)言編寫(xiě)可移植的優(yōu)化程序》，這樣他們才知道如何編寫(xiě)出可移植的最優(yōu)程序，并且沒(méi)有負面影響。

　　技巧6—多做實(shí)驗

　　在優(yōu)化系統方面沒(méi)有一成不變的方法，開(kāi)發(fā)人員不應該局限于任何一種特殊的技術(shù)。有時(shí)候學(xué)習和優(yōu)化系統的最好方法是嘗試各種實(shí)驗并分析其結果。

　　當我首次為了低功耗而優(yōu)化系統時(shí)，做了很多實(shí)驗，也出現了一些錯誤。通過(guò)實(shí)驗過(guò)程和所記錄的結果，我就能夠理解什么有用，什么沒(méi)用，以及做哪些事是在浪費資源和時(shí)間。如何最好地利用printf就是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子： 通過(guò)嘗試不同的驅動(dòng)模型可以發(fā)現，很多方法都可以顯著(zhù)提高開(kāi)發(fā)人員使用printf時(shí)獲得的實(shí)時(shí)性能，而人們設想的結果通常遠好于真實(shí)結果。

　　技巧7—深入研究編譯器產(chǎn)生的指令

　　在資源特別有限的應用中，開(kāi)發(fā)人員有時(shí)只需挽起袖子深入理解編譯器產(chǎn)生的指令。在將要執行的三四個(gè)廣義指令間選擇三元操作符而不是if/else是有區別的，這很可能會(huì )導致應用程序崩潰。

　　雖然像C這樣的語(yǔ)言是標準的，但每種編譯器在優(yōu)化和產(chǎn)生機器指令時(shí)有少許差異。唯一現實(shí)的方法是檢查匯編語(yǔ)言，了解編譯器在做什么。

　　不同應用程序的優(yōu)化需求各不相同。小批量產(chǎn)生的應用程序也許根本不需要優(yōu)化;而對于另外一些應用程序，每個(gè)時(shí)鐘周期或每毫微安電流都很重要，則可能需要開(kāi)發(fā)人員花大量時(shí)間從系統中榨出最后一點(diǎn)性能或能量。雖然每種系統都是不同的，但開(kāi)發(fā)人員若熟記這些技巧，便為實(shí)現更高效的系統邁出了可喜的第一步。

　　小結分享

　　賽億方案十三年電子產(chǎn)品硬件及嵌入式軟件開(kāi)發(fā)設計經(jīng)驗，累計開(kāi)發(fā)產(chǎn)品電子應用設計完成5000多個(gè)方案設計;目前為客戶(hù)提供理念超前的手機APP開(kāi)發(fā)、智能家居系統、電子技術(shù)、電子線(xiàn)路設計、PCB設計、電路板設計、單片機技術(shù)、智能控制、嵌入式系統等。如有產(chǎn)品方案開(kāi)發(fā)意向，期待您的來(lái)訪(fǎng)。