c - 为小尺寸优化 C 代码 - 共享静态变量?
问题描述
我有两个功能,都与此类似:
void Bit_Delay()
{
//this is a tuned tight loop for 8 MHz to generate timings for 9600 baud
volatile char z = 12;
while(z)
{
z++;
z++;
z++;
z++;
z -= 5;
}
}
(第二个函数是类似的,而是使用 18 而不是 12 作为计数器)。
代码按原样完美运行(z 在内部出现在每个函数的本地),但我正试图在我的可执行文件中塞进更多的功能,然后才能使用(可怕的)有限的可用闪存。
我的想法是将z
变量提升为全局变量(可变静态)。因为这两个函数是有效的原子操作(它是一个单线程 CPU,没有中断可以干扰),我认为这两个函数可以共享单个变量,从而节省一点堆栈操作。
这没有用。很明显,编译器正在优化与z
完全相关的大部分代码!然后代码无法正常运行(运行速度太快),编译后的二进制文件的大小下降到大约 50% 左右。
我意识到我需要将 z 变量标记为 volatile 以防止编译器删除它所知道的代码,它每次都在计算一个固定的(因此可以简化为一个常量)数字。
问题:
我可以进一步优化它,并欺骗编译器保持这两个函数不变吗?我正在使用“-Os”(针对小型二进制文件进行优化)进行编译。
这是为那些在家玩的人逐字逐句的整个程序...
#include <avr/io.h>
#define RX_PIN (1 << PORTB0) //physical pin 3
#define TX_PIN (1 << PORTB1) //physical pin 1
void Bit_Delay()
{
//this is a tuned tight loop for 8 MHz to generate timings for 9600 baud
volatile char z = 12;
while(z)
{
z++;
z++;
z++;
z++;
z -= 5;
}
}
void Serial_TX_Char(char c)
{
char i;
//start bit
PORTB &= ~TX_PIN;
Bit_Delay();
for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
{
//output the data bits, LSB first
if(c & 0x01)
PORTB |= TX_PIN;
else
PORTB &= ~TX_PIN;
c >>= 1;
Bit_Delay();
}
//stop bit
PORTB |= TX_PIN;
Bit_Delay();
}
char Serial_RX_Char()
{
char retval = 0;
volatile char z = 18; //1.5 bits delay
//wait for idle high
while((PINB & RX_PIN) == 0)
{}
//wait for start bit falling-edge
while((PINB & RX_PIN) != 0)
{}
//1.5 bits delay
while(z)
{
z++;
z++;
z++;
z++;
z -= 5;
}
for(z = 0 ; z < 8 ; z++)
{
retval >>= 1; //make space for the new bit
retval |= (PINB & RX_PIN) << (8 - RX_PIN); //get the bit and store it
Bit_Delay();
}
return retval;
}
int main(void)
{
CCP = 0xd8; //protection signature for clock registers (see datasheet)
CLKPSR = 0x00; //set the clock prescaler to "div by 1"
DDRB |= TX_PIN;
PORTB |= TX_PIN; //idle high
while (1)
Serial_TX_Char(Serial_RX_Char() ^ 0x20);
}
目标 CPU 是一个Atmel ATTiny5
微控制器,上面的代码占用了 94.1% 的 FLASH 内存!如果您使用 9600 波特,8N1 的串行端口连接到芯片,您可以输入字符并返回它们,并将位 0x20 翻转(大写到小写,反之亦然)。
当然,这不是一个严肃的项目,我只是在尝试看看我可以在这个芯片中塞进多少功能。我不会费心在汇编中重写它,我严重怀疑我能比 GCC 的优化器做得更好!
编辑
@Frank 询问了我正在使用的 IDE / 编译器...
微芯片工作室 (7.0.2542)
传递给编译器的“所有选项”字符串avr-gcc
...
-x c -funsigned-char -funsigned-bitfields -DDEBUG -I"C:\Program Files (x86)\Atmel\Studio\7.0\Packs\atmel\ATtiny_DFP\1.8.332\include" -Os -ffunction-sections -fdata-sections -fpack-struct -fshort-enums -g2 -Wall -mmcu=attiny5 -B "C:\Program Files (x86)\Atmel\Studio\7.0\Packs\atmel\ATtiny_DFP\1.8.332\gcc\dev\attiny5" -c -std=gnu99 -MD -MP -MF "$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.o)"
解决方案
我质疑以下假设:
这没有用。很明显,编译器正在完全优化大部分与 z 相关的代码!然后代码无法正常运行(运行速度太快),编译后的二进制文件的大小下降到大约 50% 左右。
查看https://gcc.godbolt.org/z/sKdz3h8oP,似乎实际上正在执行循环,但是,无论出于何种原因 each z++
,当使用全局 volatilez
时,来自:
subi r28,lo8(-(1))
sbci r29,hi8(-(1))
ld r20,Y
subi r28,lo8((1))
sbci r29,hi8((1))
subi r20,lo8(-(1))
subi r28,lo8(-(1))
sbci r29,hi8(-(1))
st Y,r20
subi r28,lo8((1))
sbci r29,hi8((1))
至:
lds r20,z
subi r20,lo8(-(1))
sts z,r20
您将需要重新校准 12、18 和 5 常量以使波特率正确(因为在每个循环中执行的指令较少),但编译版本中存在逻辑。
需要明确的是:这对我来说看起来很奇怪,本地 volatile 版本显然没有被正确编译。我确实发现了一个旧的 gcc 错误:https ://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=33970 ,但它似乎没有涵盖局部变量的情况。
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