優(yōu)化嵌入式軟件時(shí)可以遵循幾個(gè)通用技巧盤點(diǎn)

早前的專欄中曾討論過在許多情況下需要優(yōu)化的嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，包括系統(tǒng)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(zhǔn)用于比較

創(chuàng)建基準(zhǔn)用于比較優(yōu)化結(jié)果的必要性顯而易見，令人驚訝的是開發(fā)團(tuán)隊(duì)常常在沒有任何基準(zhǔn)的情況下匆忙開展優(yōu)化?；鶞?zhǔn)測(cè)量很重要，因?yàn)槊看蝺?yōu)化得到的改進(jìn)會(huì)越來越小。舉例來說，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%，以此類推。開發(fā)人員應(yīng)了解這種趨勢(shì)，并將他們?cè)谙到y(tǒng)中獲得的改進(jìn)量化為輸入次數(shù)的函數(shù)。

技巧2—設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)

每一次優(yōu)化都比前一次需要更多的時(shí)間才能從系統(tǒng)中獲得極少量的改進(jìn)。開發(fā)團(tuán)隊(duì)需要仔細(xì)平衡他們的時(shí)間投入，并根據(jù)改進(jìn)結(jié)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(shù)周時(shí)間才認(rèn)識(shí)到自己在優(yōu)化一個(gè)不再需要優(yōu)化的系統(tǒng)。因此在優(yōu)化開始之前，開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)設(shè)定一個(gè)目標(biāo)值，達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，就表示優(yōu)化結(jié)果對(duì)當(dāng)前應(yīng)用來說足夠好，優(yōu)化過程已經(jīng)完成。

技巧3—使用正確的測(cè)量工具

如果沒有合適的測(cè)量工具，優(yōu)化一個(gè)系統(tǒng)是很困難的。舉例來說，如果不使用一種精確的方法來測(cè)量系統(tǒng)和微控制器的能耗，便很難完成能耗的優(yōu)化。開發(fā)人員經(jīng)常無法區(qū)分這兩種不同的能量測(cè)量，他們?cè)噲D減少實(shí)際上無法再減少的微控制器能耗。

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

函數(shù)正在獨(dú)占CPU非常有用。如果沒有能夠精確測(cè)量或可供開發(fā)人員查看系統(tǒng)行為的工具，那么在優(yōu)化系統(tǒng)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優(yōu)化。一些情況下可以使用獨(dú)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一起用來優(yōu)化代碼大小、能量使用率和性能。

不過有時(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。我最近寫了一篇題為《開源與商用編譯器》的文章，說明了這樣一個(gè)事實(shí)：在Coremark測(cè)試中，對(duì)于相同的微控制器和相同的測(cè)試條件，商用編譯器的得分總是高于GCC等開源編譯器。

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(diào)整嵌入式軟件時(shí)，開發(fā)人員通常沒有選擇。使用屬性和#pragma指令可以提高速度，并能根據(jù)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)化軟件的開發(fā)人員應(yīng)該熟悉屬性的使用，而且要閱讀《用C語言編寫可移植的優(yōu)化程序》，這樣他們才知道如何編寫出可移植的最優(yōu)程序，并且沒有負(fù)面影響。

技巧6—多做實(shí)驗(yàn)

在優(yōu)化系統(tǒng)方面沒有一成不變的方法，開發(fā)人員不應(yīng)該局限于任何一種特殊的技術(shù)。有時(shí)候?qū)W習(xí)和優(yōu)化系統(tǒng)的最好方法是嘗試各種實(shí)驗(yàn)并分析其結(jié)果。

當(dāng)我首次為了低功耗而優(yōu)化系統(tǒng)時(shí)，做了很多實(shí)驗(yàn)，也出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤。通過實(shí)驗(yàn)過程和所記錄的結(jié)果，我就能夠理解什么有用，什么沒用，以及做哪些事是在浪費(fèi)資源和時(shí)間。如何最好地利用printf就是一個(gè)簡單的例子： 通過嘗試不同的驅(qū)動(dòng)模型可以發(fā)現(xiàn)，很多方法都可以顯著提高開發(fā)人員使用printf時(shí)獲得的實(shí)時(shí)性能，而人們?cè)O(shè)想的結(jié)果通常遠(yuǎn)好于真實(shí)結(jié)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(yīng)用中，開發(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(zhí)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(qū)別的，這很可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序崩潰。

雖然像C這樣的語言是標(biāo)準(zhǔn)的，但每種編譯器在優(yōu)化和產(chǎn)生機(jī)器指令時(shí)有少許差異。唯一現(xiàn)實(shí)的方法是檢查匯編語言，了解編譯器在做什么。

總結(jié)

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