C语言在嵌入式中的应用.ppt

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1、上章回顾上章回顾编码的规范和程序版式版权管理和申明头文件结构和作用程序命名程序注释和代码布局规范Assert断言函数的应用与0或NULL值的比较内存的分配和释放细节，避免内存泄露常量特性C C语言在嵌入式中的应用语言在嵌入式中的应用语言在嵌入式中的应用语言在嵌入式中的应用 第九章第九章第九章第九章预习检查预习检查const比#define有哪些优势简单说出const几种常见的用法内存分配方式有几种常见的内存错误有哪些课程目标课程目标本章概述本章概述以实例说明C在嵌入式中的应用，以及注意事项。本章目标本章目标了解C语言在嵌入式系统中的重要性熟悉嵌入式C语言编程的特点和环境了解如何优化C语言嵌入式

2、编程的性能重点重点了解嵌入式平台的特点，针对性编程难点难点嵌入式C语言嵌入编程的性能优化本章结构本章结构C语言在嵌入式系统地位C C语言在嵌入式中的应用语言在嵌入式中的应用嵌入式C编码嵌入式系统编程性能优化9 C语言在嵌入式中的应用语言在嵌入式中的应用 C语言在嵌入式系统中的地位嵌入式系统编程的特点嵌入式C编程的性能优化9.1 C语言在嵌入式系统中的地位语言在嵌入式系统中的地位 C语言背景嵌入式系统编程C语言的嵌入应用与汇编语言编程相比的优势C语言的嵌入式应用发展9.1.1 C语言背景语言背景 C语言的特点C中蕴含的OO，GP强大的语言功能灵活的语言机制9.1.2 嵌入式系统编程嵌入式系统编程

3、 嵌入式系统有三个特点嵌入性专用性计算性资源受限的环境9.1.2 嵌入式系统编程嵌入式系统编程 嵌入式系统有三个特点嵌入性表示系统通常需要嵌入到其他对象系统中专用性表示系统的软件和硬件要有可裁剪性计算性表示嵌入式系统必须是能满足对象系统控制需要的电脑系统9.1.2 嵌入式系统编程嵌入式系统编程 嵌入式系统运行环境资源受限的环境嵌入式应用种类繁多9.1.2 嵌入式系统编程嵌入式系统编程 C语言在嵌入式系统的不足ISOC的语法特性会导致代码体积膨胀和执行效率的低下C有可能会对嵌入式软件带来额外的开销C语言的改造1998年，EmbeddedC规范正式出炉（EC）EC是标准C语言的一个子集剔除了一些实

4、现复杂和会导致额外负担语法元素。例如：多重继承和虚基类、RTTI、异常处理、模版、命名空间等等在标准库方面，EC规范也做了删减，STL和Stream等被剔除了9.1.3 C语言的嵌入应用语言的嵌入应用 常见的嵌入式操作系统VxWorks嵌入式LinuxWindowsCEC语言嵌入式应用科泰世纪公司自主研发的和欣（Elastos）BrickOSSymbianOSWindowsCE9.1.3 与汇编语言编程相比的优势与汇编语言编程相比的优势 C语言相比汇编语言的优势编程调试灵活方便生成的代码编译效率高完全模块化可移植性好便于项目维护管理9.2 嵌入式嵌入式C编程编程 嵌入式编程环境模块划分多任务与

5、单任务中断服务程序硬件驱动模块9.2.1嵌入式编程的环境嵌入式编程的环境 理解全貌检查环境存储器映射I/O映射指针与地址通讯过程中断映射接触硬件9.2.2模块划分模块划分 概念：合理的将一个很大的软件划分为一系列功能独立的部分合作完成系统的需求一个嵌入式系统通常包括两类模块硬件驱动模块，一种特定硬件对应一个模块软件功能模块，其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求9.2.3 多任务与单任务多任务与单任务 概念该系统不能支持多任务并发操作，宏观串行地执行一个任务可以宏观并行地“同时”执行多个任务堆栈溢出多任务特点依赖于一个多任务操作系统（OS）嵌入式多任务OSVxworksucLinux9.2.3

6、 多任务与单任务多任务与单任务 单任务程序典型架构从CPU复位时的指定地址开始执行；跳转至汇编代码startup处执行；跳转至用户主程序main执行，在main中完成：初试化各硬件设备；初始化各软件模块；进入死循环（无限循环），调用各模块的处理函数9.2.3 多任务与单任务多任务与单任务 循坏模式死循坏例子操作系统是死循环；WIN32程序是死循环；嵌入式系统软件是死循环；多线程程序的线程处理函数是死循环。循坏模式循坏模式while(1)for(;)9.2.4 中断服务程序中断服务程序 中断服务程序的要求不能返回值；不能向ISR传递参数；ISR应该尽可能的短小精悍函数不能带来重入和性能问题9.2

7、.5 硬件驱动模块硬件驱动模块 硬件驱动模块通常应包括如下函数中断服务程序ISR硬件初始化修改寄存器，设置硬件参数将中断服务程序入口地址写入中断向量表：设置CPU针对该硬件的控制线设置CPU内部对应寄存器使其作为控制信号；设置CPU内部的针对该设备的中断屏蔽位，设置中断方式提供一系列针对该设备的操作接口函数阶段小节阶段小节嵌入式系统编程软件架构方面的知识模块划分、多任务还是单任务选取中断服务程序、硬件驱动模块设计单任务程序典型架构9.3 嵌入式系统编程的特点嵌入式系统编程的特点 C语言语法优化字节对齐详解关键字volatile中断程序利用硬件特性活用位操作内嵌汇编使用寄存器变量9.3.1 C语

8、言语法优化语言语法优化数据类型关于局部变量函数操作语法结构优化9.3.1.1 数据类型数据类型C语言性能编译器编译器 硬件系统硬件系统 设置某些编译器选项设置某些编译器选项 9.3.1.1 数据类型数据类型 结构体数据的优化规则小的元素放在结构体的开始，大的元素放在结构体的最后；避免使用过大的结构体，用层次话的小结构体代替；人工对API的结构体增加填充位以提高移植性；枚举类型要慎用，因为它的大小与编译器相关；9.3.1.2 关于局部变量关于局部变量 局部变量的数据类型最好有系统操作位一致比如：ARM数据处理操作都是32位的，局部变量应尽可能使用32位的数据类型（int或long）分析short

9、shortint降低程序的效率降低程序的效率 short checksum_v3(short*data)unsigned int i;short sum=0;for(i=0;i 64;i+)sum=(short)(sum+datai);return sum;9.3.1.2 关于局部变量关于局部变量 程序分析提高性能提高性能short checksum_v3(short*data)unsigned int i;int sum=0;for(i=0;i 0 x0000%1=0-0X000-0X000a-0 x0004%4=0-0X004-0X007c-0 x0008%2=0-0X008-0X009结

10、构体的有效对齐值结构体的有效对齐值MAX(1,4,2)-4B-(10+2)%40-0X000-0X00B假定运行在32位系统结果sizeof(structB)的值是？12struct B char b;int a;short c;9.3.1.7编译器是按照什么样的原则进行对齐的编译器是按照什么样的原则进行对齐的 例C例C分析假定假定B起始地址为起始地址为0X0000b-0 x0000%1=0-0X000-0X000b有效对齐值有效对齐值-MIN(2,4)-2a-0 x0004%2=0-0X002-0X003a-0 x0006%2=0-0X004-0X005c-0 x0008%2=0-0X006

11、-0X007结构体的有效对齐值结构体的有效对齐值MAX(4,2)-2B-(8)%20-0X000-0X007假定运行在32位系统结果sizeof(structC)的值是？8/*指定按指定按2字节对齐字节对齐*/#pragma pack(2)struct C char b;int a;short c;#pragma pack()9.3.1.8 针对字节对齐针对字节对齐,我们在编程中如何考虑我们在编程中如何考虑 如何节约空间结构中的变量按照类型大小从小到大声明以空间换取时间显式reservedstruct A char a;char reserved3;/使用空间换时间使用空间换时间 int b;

12、9.3.1.9 字节对齐可能带来的隐患字节对齐可能带来的隐患如下例子有什么问题？分析unsigned int i=0 x12345678;unsigned char*p=NULL;unsigned short*p1=NULL;p=&i;*p=0 x00;p1=(unsigned short*)(p+1);*p1=0 x0000;9.3.1.10 如何查找与字节对齐方面的问题如何查找与字节对齐方面的问题 编译器的biglittle端设置看这种体系本身是否支持非对齐访问如果支持看设置了对齐与否,如果没有则看访问时需要加某些特殊的修饰来标志其特殊访问操作。9.3.1.11 对齐的使用对齐的使用 _a

13、lign(num)_packed9.3.2 关键字关键字volatile volatile特点：变量可能会被意想不到地改变优化器在用到这个变量时必须每次都重新读取这个变量的值主要的应用实例主要的应用实例并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）；一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(也就是全局变量)；多线程应用中被几个任务共享的变量9.3.3 关键字关键字volatile 例子分析例子分析会出现什么错误呢？int a,b,c;/*读取读取I/O空间空间0 x100端口的内容存入端口的内容存入a变量变量*/a=inWord(0 x100);b=a;/*再次读取再次读取I/O空间空间0 x100端

14、口的内容存入端口的内容存入a变量变量*/a=inWord(0 x100);c=a;9.3.3 关键字关键字volatile 例子分析例子分析系统优化会出现什么错误呢？int a,b,c;/*读取读取I/O空间空间0 x100端口的内容存入端口的内容存入a变量变量*/a=inWord(0 x100);b=a;/*再次读取再次读取I/O空间空间0 x100端口的内容存入端口的内容存入a变量变量*/a=inWord(0 x100);c=a;9.3.3 关键字关键字volatile 例子分析例子分析正确改正会出现什么错误呢？int b,c;volatile int a；/*读取读取I/O空间空间0 x

15、100端口的内容存入端口的内容存入a变量变量*/a=inWord(0 x100);b=a;/*再次读取再次读取I/O空间空间0 x100端口的内容存入端口的内容存入a变量变量*/a=inWord(0 x100);c=a;9.3.3 关键字关键字volatile volatile的特点一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么？一个指针可以是volatile吗？解释为什么。下面的函数有什么错误：int square(volatile int*ptr)return*ptr*ptr;9.3.4 中断程序中断程序 中断程序特性分析_interrupt double compute

16、_area(double radius)double area=PI*radius*radius;printf(Area=%f,area);return area;9.3.4 中断程序中断程序 中断程序特性分析ISR不能返回一个值。ISR不能传递参数。在许多的处理器/编译器中，浮点一般都是不可重入的。有些处理器/编译器需要让额处的寄存器入栈，有些处理器/编译器就是不允许在ISR中做浮点运算。此外，ISR应该是短而有效率的，在ISR中做浮点运算是不明智的。printf()经常有重入和性能上的问题9.3.5 利用硬件特性利用硬件特性 存储器的访问速度选择CPU内部RAM外部同步RAM外部异步RAM

17、FLASH/ROM硬件内部的存储空间利用减少了CPU对外设的干预9.3.6 活用位操作活用位操作 位操作特点位是可以操作的最小数据单位理论上可以用“位运算”来完成所有的运算和操作提高程序运行的效率例子：/*方法1*/inti,j;i=879/16;j=562%32;/*方法2*/inti,j;i=8794;j=562-(56255);9.3.6 活用位操作活用位操作 硬件寄存器进行位设置屏蔽控制寄存器的第低6位设置为0设置控制寄存器的第低6位设置为1判断控制寄存器的第低6位设置是否为1#define INT_I2_MASK 0 x0040 wTemp=inword(INT_MASK);outw

18、ord(INT_MASK,wTemp&INT_I2_MASK);#define INT_I2_MASK 0 x0040 wTemp=inword(INT_MASK);outword(INT_MASK,wTemp|INT_I2_MASK);#define INT_I2_MASK 0 x0040 wTemp=inword(INT_MASK);if(wTemp&INT_I2_MASK)/*该位为该位为1*/9.3.7 内嵌汇编内嵌汇编 内嵌汇编特点提高运算速度内嵌汇编语法_asm例子/*把两个输入参数的值相加，结果存放到另外一个全局变量中把两个输入参数的值相加，结果存放到另外一个全局变量中*/int

19、result;void Add(longa,long*b)_asm MOV AX,a MOV BX,b ADD AX,BX MOV result,AX 9.3.8 使用寄存器变量使用寄存器变量 关键字registerregister特点存放在CPU的寄存器使用时不需要访问内存提高效率Register使用规则只有局部自动变量和形参才可以定义为寄存器变量“建议”型关键字9.3.8 使用寄存器变量使用寄存器变量 例子/*求求1+2+3+.+n的值的值*/WORD Addition(BYTE n)register i,s=0;for(i=1;i=n;i+)s=s+i;return s;9.3.9 降低

20、内存的使用降低内存的使用 RAM与ROM减小栈的大小堆的大小受限于RAM阶段小节阶段小节字节对齐特点和好处嵌入式中断程序的特点如何在嵌入式系统中嵌入汇编和位操作寄存器变量和volatile变量的区别和各自的用法如何提供系统内存的利用本章总结本章总结嵌入式环境特点和C语言的优势C语言与汇编语言的优势及嵌入式的发展前景嵌入式系统编程的环境嵌入式系统编程的调试特点如何优化嵌入式C编程实验实验1题目编译器是一个纯粹的ANSI编译器。要求设置一绝对地址为0 x67a9的整型变量的值为0 xaa66。写代码去完成这一任务。同时写两段代码，第一个设置a的bit3，第二个清除a的bit3。实验目的实验目的嵌入式寄存器位操作运算；volatile关键词的用法；实验分析实验分析定义一个数据指针，确定好数据指针的数据类型；定义一个volatile指针；实现一个设置位函数和清零位函数；