嵌入式C语言编程小知识

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嵌入式C语言编程小知识

　　嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。下面为大家整理了一些嵌入式C语言编程小知识，一起来看看吧!

嵌入式C语言编程小知识

　　1. 流水线被指令填满时才能发挥最大效能

　　即每时钟周期完成一条指令的执行(仅指单周期指令)。如果程序发生跳转，流水线会被清空，这将需要几个时钟才能使流水线再次填满。因此，尽量少的使用跳转指令可以提高程序执行效率，解决发案就是尽量使用指令的“条件执行”功能。

　　2. 在LPC2200系列中：

　　可以通过过下面的程序延迟10毫秒：

　　for(i=0;i<200;i++)

　　{

　　for(j=0;j<200;j++);

　　}

　　3. 同过下面语句将一个16位的变量放在两个8位的变量中。

　　//IP数据报总长度高字节

　　IpHeadUint8[10]=(IpHead.e_ip.Crc&0xff00)>>8;

　　//IP数据报总长度低字节

　　IpHeadUint8[11]=IpHead.e_ip.Crc&0x00ff;

　　4. 在对全部数组元素赋初值时，可以不指定数组长度。

　　eg;inta[]={1,2,3,4,5};

　　但如果当输出第a[5]以上的元素时，系统回输出随机数值，所以使用此方法时，不能使用超过初始值元素以上的元素。

　　5.关键字register的用法：

　　当对一个变量频繁被读写时，需要反复访问内存，从而花费大量的存取时间。为此，C语言提供了一种变量，即寄存器变量。这种变量存放在CPU的寄存器中，使用时，不需要访问内存，而直接从寄存器中读写，从而提高效率。寄存器变量的说明符是register。对于循环次数较多的循环控制变量及循环体内反复使用的变量均可定义为寄存器变量，而循环计数是应用寄存器变量的最好候选者。

　　(1) 只有局部自动变量和形参才可以定义为寄存器变量。因为寄存器变量属于动态存储方式，凡需要采用静态存储方式的量都不能定义为寄存器变量，包括：模块间全局变量、模块内全局变量、局部static变量;

　　(2) register是一个"建议"型关键字，意指程序建议该变量放在寄存器中，但最终该变量可能因为条件不满足并未成为寄存器变量，而是被放在了存储器中，但编译器中并不报错(在C++语言中有另一个"建议"型关键字：inline)。

　　6.对于程序代码

　　已经被烧录在FLASH或ROM中，我们可以让CPU直接从其中读取代码执行，但通常这不是一个好办法，我们最好在系统启动后将FLASH或ROM中的目标代码拷贝入RAM中后再执行以提高取指令速度;

　　CPU对各种存储器的访问速度，基本上是：

　　CPU内部RAM　>　外部同步RAM　>　外部异步RAM　>　FLASH/ROM

　　7. 函数指针

　　1> C语言中函数名直接对应于函数生成的指令代码在内存中的地址，因此函数名可以直接赋给指向函数的指针

　　2> 调用函数实际上等同于“调用指令+参数传递处理+回归位置入栈”，本质上最核心的操作是将函数生成的目标代码的首地址赋给CPU的PC寄存器。

　　3> 因为函数调用的本质是跳转到某一个地址单元的code去执行，所以可以“调用一个根本就不存在在函数实体

　　4> int (*p)();定义p是一个指向函数的指针变量，次函数返回带回整型的返回值。*P两侧的括号不能省略，表示p先于*结合，是指针变量，然后再与后面的()结合，表示此指针指向函数。

　　区别：int *p()表示这个函数的返回值是指向整型变量的指针。

　　说明：

　　(1) 指向函数的指针变量的一般定义形式为：

　　数据类型 (*指针变量名)();

　　1> 此处的“数据类型”是指函数返回值的类型

　　(2) 返回指针值的函数：

　　类型名 *函数名(参数表)

　　eg: int * func(int x,int y)

　　func是函数名，调用它以后能返回一个指向整型数据的指针。x,y是func的形参。

　　区别方法：

　　a.从右往左找第一个括号，括号里面的是函数的形参。

　　b.括号外面的第一个标识符是函数的名字，函数前面的表示函数的返回数值。

　　8. 数组指针

　　1>int (*p)[4]

　　表示*p有4个元素，每个元素为整型。也就是p所指的对象有4个整型元素的数组，既P是行指针。

　　2> 指针数组

　　一个数组，其元素均为指针类型数据，称为指针数组;即指针数组中的每一个元素都相当于一个指针变量。

　　一维指针数组的定义形式为：

　　类型名 *数组名[数组长度]

　　eg：int *p[4]:

　　作用：它用于指向若干个字符串，使字符串处理更加方便灵活。适用于一个二维字符串数组，其中每一行的字符数组的长度各不相同

　　eg:char * name[]={“Follow me”,”BASIC”,”GreatWall”};

　　9. 结构体

　　1> 可以用结构体变量做实参。但是用结构体变量作实参时，采取的是“值传递”的方式，将结构体变量所占的内存单元的内容全部顺序递给形参。形参也必须是同类型的结构体变量。

　　eg:pint(su);//注在此处su为结构体

　　注：这种传递方式在空间和时间上开销较大，如果结构体的规模较大时，开销是很可观的。

　　2> 用直向结构体变量(或数组)的指针作实参，将结构体变量(或数组)的地址传给形参

　　eg:print(&su);//注在此处su为结构体

　　10. 共用体

　　1> 共用体把几种不同数据类型的变量存放在同一块内存里。公用体中的变量共享同一块内存。

　　2> 定义公用体类型变量的一般形式为：

　　union 共用体名

　　{

　　成员列表;

　　}变量列表;

　　3>在共用体中同一块内存可以用来存放几种不同类型的数据，但在某一时刻只能在其中存放一个成员变量。共用体变量中起作用的成员是最后一次存入的数据。

　　eg: union data

　　{

　　int i;

　　char c;

　　double d;

　　};

　　union data a;

　　共用体变量a中的成员i,c,d三个变量在内存中从同一个地址开始存储。如进行如下赋值：

　　a.i = 100;

　　a.c = ‘A’;

　　那么此时共用体变量a中的成员i已经没有值了，因为存储该值的内存现在已经被用来存储成员c的值了。

　　3> 共用体变量的长度取决于其成员的最大长度：

　　说明：

　　结构体变量所占内存的长度是各个成员的总和，每个成员分别占有自己的存储空间。共用体变量所占内存的长度是其最长成员的长度。当然，编译器出于提高访问效率的目的，在编译分配存储空间时往往要进行对齐操作。

　　对齐操作以最大基本类型为准。即以最大基本类型为基本单元。若按实际算下的长度不是基本单元的整数倍，则其实际长度应该是基本单元的整数倍。

　　(在TurboC中不进行对齐，在Linux中进行对齐)

　　11. CPU字长与存储器位宽不一致处理

　　例如：使用共用体来解决这一冲突：

　　union send_temp{

　　uint16 words;

　　uint8 bytes[2];

　　}send_buff;

　　eg:send_buff.bytes[0]=a;//此处a 是8位

　　send_buff.bytes[1]=b;//此处 b 是8位;

　　此时就将8位字拼成了16位字存储了。

　　发送时send(send_buff.words)就可以每次发送一个16位的数据了。

　　12. C语言符号优先级：

　　1>复合赋值运算符号：

　　a+=3*5;

　　等价于a=a+(3*5);

　　嵌入式C语言编程小知识

　　1.使用位操作：嵌入式系统通常对内存和处理器资源有限，位操作可以用来优化代码和节省内存。例如，使用位掩码和位运算进行数据的打包和解包，以及对寄存器的位级操作。

　　位操作示例：设置和清除位

　　这个示例展示了如何使用位操作来设置和清除位标志，以及如何检查位标志的状态。

　　2.使用宏定义：宏定义可以用来创建代码片段的别名，增加代码的可读性和简洁性。常见的用法包括定义常量、函数宏和条件编译宏。

　　宏定义示例：计算数组长度

　　这个示例展示了如何使用宏定义来计算数组的长度，避免了在多个地方重复计算长度的代码。

　　3.内存管理：嵌入式系统对内存的使用非常关键。需要注意内存分配和释放的方法，以避免内存泄漏和碎片化。可以使用静态内存分配、动态内存分配（如malloc/free）或者内存池等方法。

　　动态内存分配示例：使用malloc和free

　　这个示例展示了如何使用动态内存分配函数malloc来分配一段内存，并使用free函数释放该内存。

　　4.中断处理：中断是嵌入式系统中常见的事件处理方式。需要编写中断服务函数（ISR）来响应中断事件，并进行必要的处理。在编写ISR时，要注意避免使用过多的计算和延时操作，以确保中断的及时响应。

　　中断处理示例：定义中断服务函数（ISR）

　　这个示例展示了如何定义一个中断服务函数（ISR）来处理中断事件，然后在主循环中检查中断标志位并执行相应的操作。

　　5.低功耗优化：嵌入式系统通常需要考虑功耗的优化。可以使用低功耗模式、定时器中断等方法来降低系统功耗。此外，合理设计算法和数据结构，减少CPU的计算和存储开销，也能有效降低功耗。

　　低功耗优化示例：休眠模式这个示例展示了如何通过进入休眠模式来实现低功耗优化。在主函数中，首先检测系统是否处于空闲状态（由is_idle()函数判断），如果是空闲状态，就调用enter_sleep_mode()函数将系统置于休眠模式。在休眠模式下，系统将关闭不必要的电路和外设，以减少功耗。通过合理地使用休眠模式，可以大大降低嵌入式系统的能耗。

　　6.设备驱动编程：嵌入式系统通常需要与外设进行交互，编写设备驱动程序来管理硬件资源。这涉及到对寄存器、时钟、中断等的操作，以及与设备进行通信和控制。

　　设备驱动编程示例：读取和写入寄存器

　　这个示例展示了如何通过读取和写入寄存器的方式与外设进行通信，通过读取和写入指定地址的方法来访问寄存器的值。

　　7.调试和日志：在嵌入式开发中，调试和日志记录是非常重要的。可以使用调试器、串口打印、LED指示灯等方式来进行调试。另外，通过合理的日志记录，可以帮助定位问题和系统优化。

　　调试和日志示例：使用串口打印调试信息

　　这个示例展示了如何通过串口打印函数来输出调试信息。在关键位置插入调试打印语句，有助于调试程序并跟踪程序的执行流程。

　　8.防止整型溢出：在嵌入式系统中，经常需要处理计数、计时等操作。为了防止整型溢出，可以使用适当的数据类型和边界检查来确保数值的正确性。

　　防止整型溢出示例：边界检查

　　这个示例展示了如何使用边界检查来防止整型加法溢出。通过检查相加操作后的结果是否超出整型的取值范围，可以提前判断是否会发生溢出。

　　9.状态机设计：嵌入式系统中，很多任务是基于状态的。使用状态机设计模式可以清晰地描述系统的各种状态和状态之间的转换关系，提高代码的可读性和可维护性。

　　状态机设计示例：交通信号灯控制

　　这个示例展示了一个简单的交通信号灯控制状态机。使用枚举类型定义了红灯、黄灯和绿灯三种状态，并编写了handle_traffic_light函数来根据当前状态执行相应的操作。在主函数中，模拟了交通信号灯状态的变化，并调用handle_traffic_light函数来处理每个状态。