如何编写高效的单片机代码？

如何编写高效的单片机代码？

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/weixin_43982452/article/details/139304654

单片机程序开发与软件开发相比，虽然代码量较少，但要编写出高效的代码却需要多年的积累。在研发工程师的实践中，即使是大厂工程师，也难免会写出让人啼笑皆非的代码。要编写高效的单片机代码，需要具备一定的数学基础，深入了解编译器，并熟悉汇编语言。

高效的代码不仅能减少CPU执行时间，还能节省ROM和RAM资源。然而，如果对项目的每个细节都进行极致优化，所需的时间将是平时的两倍。因此，在项目开发中，通常只对核心功能进行优化，除非开发人员经验非常丰富。

下面分享几点编写高效单片机代码的实用技巧：

1. 使用位操作代替算术操作

位操作通常比算术操作更快。例如，可以使用左移和右移操作来替代乘除法：

• a = b * 256 可以优化为 a = b << 8
• a = b / 256 可以优化为 a = b >> 8

2. 避免不必要的操作

去除代码中不必要的操作，如多余的变量赋值和函数调用。

3. 控制数据类型大小

• 尽量避免使用浮点数（float），因为浮点运算通常需要更多的CPU周期和内存空间。
• 能用无符号整数（unsigned）就不用有符号整数（signed），因为无符号整数的运算可能更快。
• 能用字符型（char）就不用整型（int），较小的数据类型在处理和传输时更快，占用的内存和带宽更少。

4. 利用硬件资源

例如，在STM32单片机中，可以利用DMA（直接内存访问）进行数据传输，以减少CPU负载。

5. 代码重用

对于重复的代码，可以通过函数或宏来实现代码重用。

6. 使用自加、自减指令

使用i--、i-=1、i++、i+=1等自增自减操作，因为有些编译器对这些操作进行了优化，效率更高。

7. 优化算法

以计算1到100的和为例，直观的方法是使用循环：

int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
    sum += i;
}

然而，使用等差数列求和公式可以更高效地实现：

int n = 100;
int sum = (1 + n) * n / 2;

这种方法避免了循环的开销，直接通过数学公式计算出结果。

数学能力的重要性

数学能力不仅影响代码效率，还可能影响硬件成本。例如，数学功底好的工程师可以用低端单片机实现功能，而数学功底不足的工程师可能需要性能更强的单片机来支撑低效的代码。虽然很多产品对效率的要求并不苛刻，但优化代码效率仍然是提高系统性能的重要手段。