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51单片机的内存优化

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gaosmile 发布时间:2021-2-27 10:48
  51单片机的内存优化最常见的是以下两种6 x0 m+ `2 ^' a5 E  C0 c' ]
  ① 超过变量128后必须使用compact模式编译,实际的情况是只要内存占用量不超过 256.0 就可以用 small 模式编译
% C) L) S% \# G/ L; H$ G  ② 128以上的某些地址为特殊寄存器使用,不能给程序用。与 PC 机不同,51 单片机不使用线性编址,特殊寄存器与 RAM 使用重复的重复的地址。但访问时采用不同的指令,所以并不会占用 RAM 空间。
( s# E5 S5 m7 p7 J  ③是否把一些固定的代码存贮到了CODE区。如果把没变化的数据也存储到DATA去,就太浪费了!8 g# E) S5 K1 s4 ~
  由于内存比较小,一般要进行内存优化,尽量提高内存的使用效率。6 z  O" f1 K8 S9 o* w7 U; |
  以 Keil C 编译器为例,small 模式下未指存储类型的变量默认为data型,即直接寻址,只能访问低 128 个字节,但这 128 个字节也不是全为我们的程序所用,寄存器 R0-R7必须映射到低RAM,要占去 8 个字节,如果使用寄存组切换,占用的更多。3 \9 P, ?% \' @! P2 i
  所以可以使用 data 区最大为 120 字节,超出 120 个字节则必须用 idata 显式的指定为间接寻址,另外堆栈至少要占用一个字节,所以极限情况下可以定义的变量可占 247 个字节。当然,实际应用中堆栈为一个字节肯定是不够用的,但如果嵌套调用层数不深,有十几个字节也够有了。
% @( H7 \4 E% E9 O2 e$ F  为了验上面的观点,写了个例子+ n& W+ X+ X) _0 w5 s
  #define LEN 120data UCHAR tt1[LEN];idata UCHAR tt2[127];void main(){ UCHAR i,j; for(i = 0; i 《 LEN; ++i ) { j = i; tt1[j] = 0x55; }} 可以计算 R0-7(8) + tt1(120) + tt2(127) + SP(1) 总共 256 个字节! R0 ?: R& v4 F$ @
  keil 编译的结果如下:
0 X/ S3 q: q2 [9 F3 s+ ]9 r% e  a  Program Size: data=256.0 xdata=0 code=30
1 G, n# x7 z9 b: S! \9 A+ c  creating hex file from “。\Debug\Test”。..
4 g( K, K1 n4 e" n, ^) c, V) d  “。\Debug\Test” - 0 Error(s), 0 Warning(s)。! f6 w! d6 ^* T6 [2 ~+ f
  (测试环境为 XP + Keil C 7.5)
( r8 `3 K! O4 h+ n, Q/ y8 A/ s  这段代码已经达到了内存分配的极限,再定义任何全局变量或将数组加大,编译都会报错 1071 i2 |% f6 r2 a7 L4 o
  这里要引出一个问题:为什么变量 i、j 不计算在内?
" }3 a: T6 F5 Z$ B, v1 }  这是因为 i、j 是局部变量,编译器会试着将其优化到寄存器 Rx 或栈。问题也就在这了,如果局部变量过多或定义了局部数组,编译器无法将其优化,就必须使用 RAM 空间,虽然全局变量的分配经过精心计算没有超出使用范围,仍会产生内存溢出的错误!
, r4 c* b7 E" {  而编译器是否能成功的优化变量是根据代码来的。3 v1 x2 n, u# K# }+ f
  上面的代码中,循环是臃肿的,变量 j 完全不必要,那么将代码改成
' b. F8 s+ h, B$ p' ?! G4 w1 Z5 d& W5 g  UCHAR i;UCHAR j;for(i = 0; i 《 LEN; ++i ){ tt1 = 0x55;} 再编译看看,出错了吧!因为编译器不知道该如何使用 j,所以没能优化,j 须占 RAM 空间,RAM 就溢出了。(智能一点的编译器会自动将这个无用的变量去掉,但这个不在讨论之列了)。另外,对 idata 的定义的变量最好放在 data 变量之后,对于这一种定义/ S5 Q% _4 I# `9 y
  uchar c1;% `, p& @9 r- b+ l0 @
  idata uchar c2;4 R: [- e* ~+ T3 t* v
  uchar c3;+ r( U7 G9 `' s: u7 E
  变量 c2 肯定会以间接寻址,但它有可能落在 data 区域,就浪费了一个可直接寻址的空间。

3 T; `& V* a/ ]2 U( Q9 d  C9 F  x$ Z4 ^; X

2 ]; e. w1 x) {! q
$ x$ S' a' p! o3 x- c5 y, d  变量优化一般要注意几点:
5 m' I! t* G$ x5 f& R3 ?9 u( M  ①让尽可能多的变量使用直接寻址,提高速度
, \0 C- Y6 ?' x  假如有两个单字节的变量,一个长119的字符型数组& Y0 ]6 \; H1 l+ s" @: O' V* r
  因为总长超过 120 字节,不可能都定义在 data 区
+ P& G* Q: D% q0 K; O1 n. L( ]  按这条原则,定义的方式如下:) c; T' Q; Y% \8 H6 {  {* h! v
  ata UCHAR tab[119];
5 N- n7 v+ V6 X7 c! ]  data UCAHR c1;
& y: X; y+ p3 l9 ]  idata UCHaR c2;
2 u# h$ H8 L  n+ Z! i* n  但也不是绝的,如果 c1, c2 需要以极高的频率访问,而 tab 访问不那么频繁,则应该让访问量大的变量使用直接寻址:( s, s# }$ n5 F' k4 j' z
  data UCAHR c1;& l5 ]# X- @- ^- h
  data UCHaR c2;
. o+ j& U  N2 x: O. i$ R  idata UCHAR tab[119];5 D- r: {% m: ?+ g+ I  T
  这个是要根据具体项目需求来确定的1 {, A, P% `/ g6 z/ T7 ?
  ②提高内存的重复利用率1 F# o1 x$ H1 q( c
  就是尽可能的利用局部变量,局部变量还有个好处是访问速度比较快
- ?) w9 i( x; e2 [0 y% I, N  由前面的例子可以看出,局部变量 i, j 是没有单独占用内存的6 O1 c" x/ \0 ^; V& e5 k
  子程序中使用内存数目不大的变量尽量定义为局部变量
8 w3 l) H, m. x! _9 [  ③对于指针数组的定义,尽可能指明存储类型
: @1 L  f2 b- S" F& Z  尽量使用无符号类型变量
3 d' T+ t2 |/ ^% v  一般指针需要一个字节额外的字节指明存储类型
* L* \: D- y3 E" Q8 b- @. r  8051 系列本身不支持符号数,需要外加库来处理符号数,一是大大降低程序运行效率,二是需要额外的内存
8 P  e% K" p. i( T7 u  ④避免出现内存空洞
) ]1 a4 V& D6 `: S+ o: W  可以通过查看编译器输出符号表文件(.M51)查看; W: Y# o1 }; s1 r  [" p( H
  对前面的代码,M51文件中关于内存一节如下:
. n! s: b( F9 O% [. s; u  * * * * * * * D A T A M E M O R Y * * * * * * *3 b( b9 M. z" ?0 Z1 h3 q
  REG 0000H 0008H ABSOLUTE “REG BANK 0”
# ?  Q+ J  C7 S6 p* i/ A  DATA 0008H 0078H UNIT ?DT?TEST
7 W0 ?' l$ m- r  IDATA 0080H 007FH UNIT ?ID?TEST
8 m! }. @: C3 D- {3 S  IDATA 00FFH 0001H UNIT ?STACK
$ s- t0 V  e! Y- `  第一行显示寄存器组0从地址0000H开始,占用0008H个字节% K, y) S5 ?! L4 _
  第二行显示DATA区变量从0008H开始,占用0078H个字节
7 v8 v9 i# {* H7 q8 `  第三行显示IDATA区变量从0080H开始,占用007F个字节$ L2 J* s! I8 a% v$ @
  第四行显示堆栈从00FFH开始,占0001H个字节7 r' f, @  u/ m: [* m
  由于前面代码中变量定义比较简单,且连续用完了所有空间,所以这里显示比较简单。变量定义较多时,这里会有很多行,如果全局变量与局部变量分配不合理,就有可能出现类似下面的行
# Z% L; E& S4 j* j( X6 h3 q  0010H 0012H *** GAP ***9 O: d8 [; b) G+ g8 [* t- I, ^
  该行表示从0010H开始连续0012H个字节未充分利用或根本未用到,出现这种情况最常见的原因是局变量太多、多个子程序中的局部变量数目差异太大、使用了寄存器切换但未充分利用。
! Q+ U- H7 Y3 L& n1 j5 ^& b) n3 G
9 n! {) r- q5 |: c

7 o, j! C! c1 X& i' s4 h- S

" m2 i+ N. O: |) J) Z2 i  E
' m* d( P3 T" }: `, y

' Z! w2 t2 w: J7 s
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