2020年01月19日 | 如何提高MSP430 C语言代码的执行效率

关于代码效率

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MSP430系列的程序设计准则，有利于提高代码效率。应该指出，这些准则基本上是基于MSP430系列的硬件结构特点而提出的。

1.位域类型的执行时很慢的，所以应当在仅仅为了节省数据存储空间时才使用位域方式。如果用户必须使用位域存储，可以用char或unsigned int的位屏蔽操作来代替位域操作。

2.在模块之外不使用的变量应当声明为static，这样在编译时有可能使这些变量分配在寄存器中暂存，从而提高了代码效率。

3.尽可能使用unsigned数据类型。许多情况下，对unsigned数据类型的操作，比对signed数据类型的操作效率更高，尤其对于除法和求模运算更是如此。

4.程序设计中应该使用ANSI-C原型函数。对ANSI函数的调用比对K&S函数的调用效率更高。

5.MSP430系列单片机对16位数据类型的操作效率最高。如：short、int、unsigned int类型等。一般来说，利用8位数据类型可以节省数据的存储空间，但这样并不会减少程序代码的存储空间；而对于运用32位数据类型，由于MSP320系列的结构并不直接支持，执行的效率是较低的。

6.标量自动变量（scalar auto）通常分配在寄存器中，因此，只要有可能就应该用auto类型而不用static类型。

7.函数的头两个参数是用寄存器传送的，因此，将参数传递给函数时，用参数方式常比用static变量效率更高。

8.复制结构和联合数据类型是开销很大的操作。应该尽量避免在程序运行中做结构和联合的赋值操作，避免以结构和联合数据类型作为函数的参数，避免让函数返回结构和联合数据类型。只要有可能，就应该采用指向结构和联合的指针来实现上述的各种操作。

9.函数中声明的无初值非标量自动变量(结构、联合和数组等)，会在程序运行中每次调用函数时作数据的复制操作。如果是常量，可以用static const存储类来避免发生这种情况。

此外，采用C程序调用汇编子程序的方法也是提高代码效率的有效手段。

连接命令文件的作用

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使程序设计适合于用户的目标系统。每一个项目都需要一个包含目标系统存储器映射细节的连接命令文件。它的文件扩展名为.xcl，可以用文本编辑器来浏览其内容。

连接命令文件有基本相同的结构。以MSP430F149C.xcl为例。文件中含有大量的注释行，以增加可读性。实际起作用的命令行并不多。

首先用-c命令将cpu类型定义为MSP430

-cMSP430

然后用一系列-Z命令以定义编译器使用的存储器段，分别定义了数据、堆栈、信息、代码、中断向量等功能区域，命令如下：

-Z(DATA)UDATA0,IDATA0,ECSTR=0200-09FF

-Z(DATA)CSTACK#0200-0A00

-Z(CODE)INFO=1000-10FF

-Z(CODE)CODE,CONST,CSTR,CDATA0,CCSTR=1100-FFDF

-Z(CODE)INTVEC=FFE0-FFFF

再用-e命令定义适合用户的应用要求和空间限制的用于printf和scanf的底层输入输出函数，命令如下

-e_small_write=_formatted_write

-e_medium_read=_fomatted_read

最后，指明加载的C库（运行时间库文件），以适应不同CPU的差异，如是否含硬件乘法器等：

cl430ksm.r43

用户可以直接从ICC430子目录中选择适合目标系统的连接命令文件，但是，为了更好的适应用户的设计目标，也可以自行编辑修改连接命令文件。

C430的配置

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〉〉设定目标机型号的头文件

根据目标机型号（例如MSP430F149）在源文件开始添加如下语句：

#include 'MSP430X14X.h'

这个文件包含具体MSP430目标机器中特殊功能寄存器的地址说明。在后续的代码编写中就可以直接使用寄存器的名称。MSP430X14X.h文件的内容可以在软件的INC子目录下找到。

1.存储器的分配

通过连接命令文件，可以说明目标系统硬件环境中的ROM和RAM的地址。连接的选项规定：

*ROM区域用于存储函数、常数和初始化值

*RAM区域用于存储堆栈和变量

*非易失RAM区可以通过no_init类型修饰符和存储器#pragma编译命令来说明将驻留变量。编译器将这种变量放在独立的no_init段中。它的地址范围由用户在非易失RAM区中指定。程序运行时系统不对这些变量作初始化。

2.堆栈体积 

默认的是512Bytes，用了行命令:-Z(DATA)CSTACK+200

3.输入输出

*putchar和getchar是基础函数，用于实现所有基于字符的I/O操作。为了使所有基于字符的I/O功能得以实现，用户必须用硬件环境提供的工具来定义这两个函数。

*printf和sprintf函数使用名为_formatted_write的通用格式化函数。ANSI标准版本_formatted_write

体积非常大，而它所提供的功能在不少应用中并不需要。为了减少存储器的开销，在标准C库中提供了两种可以替代的较小版本：

1)_medium_write

除了不支持浮点数之外，它与_formatted_write一样。因此，如果使用%f,%g,%G,%e和%E说明符将产生错误。_medium_write比_formatted_write小得多。

2）_small_write

与_medium_write接近，但是对int类型只支持%%,%d,%o,%c,%s和%x说明符，并且不支持位域和精度参数。_small_write大小约为_formatted_write的10%—15%。

C430编译器的默认版本就是_small_write:-e_small_write=_formatted_write

要选择完整的ANSI版本，可以删除这一行。

*简化printf

有时为了支持特殊输出格式的需求，或支持非标准输出设备的需求，必须订制特殊的输出子程序。文件imwri.c中提供了高度简化的printf函数的源文件，其中不包含sprintf。这一源程序版本可以按照用户要求加以修改，然后把编译好的模块加入库中，代替原有的模块。

*scanf和sscanf

与printf和sprintf相似，scanf和sscanf使用名为_formatted_read的通用格式化函数。ANSI标准版本_formatted_read体积非常大，而它所提供的功能在不少应用中并不需要。为了减少存储器的开销，在标准C库中同样也提供了体积较小的版本：_medium_read。除了不支持浮点数之外，它与_formatted_read功能一样，但是_medium_read比_formatted_read要小得多。

C430的默认版本是_medium_read。

4.硬件与存储器初始化

创建cstartup.r43的目标模块文件，然后用户应当在连接命令文件中使用下列命令，使XLINK引用用户定义的CSTARTUP模块来代替库中的模块：

-A cstartup

-C library

在Workbench中，可以将修改后的cstartup文件加到用户的项目中，并在连接命令文件中的library之前加上-C命令。

其它关键词

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目标(target) 组(group) 源文件(source file)

硬件乘法器(hardware multiplier) 硬件仿真器(flash emulation tool)

软件模拟调试(simulator) 硬件断点（全速）/虚拟断点(virtual breakpoint)（单步）/系统断点