物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)客指南：MCU設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐和除錯(cuò)技巧

在本節(jié)中，SiliconLabs將分享在軟件開(kāi)發(fā)方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。關(guān)鍵詞extern，staTIc和volaTIle都是什么？你應(yīng)該在你的代碼中使用遞歸還是malloc（）？

1）查找硬件設(shè)備的現(xiàn)有軟件示例

開(kāi)發(fā)任何嵌入式解決方案的第一步是找到可以使您的任務(wù)更簡(jiǎn)單的示例。您在自定義解決方案中找到的特定部分的軟件示例將幫助您以另一種方式“查看”設(shè)備，并幫助您重新解釋設(shè)備規(guī)格，即使這些示例是針對(duì)其他計(jì)算機(jī)架構(gòu)或軟件語(yǔ)言的。

2）編譯器的代碼

沒(méi)有完美的計(jì)算機(jī)軟件語(yǔ)言。所有語(yǔ)言都有自己的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)。用于EFM32家族的Simplicity Studio中使用的軟件語(yǔ)言是C。C語(yǔ)言有著很長(zhǎng)的歷史，它被廣泛信任，并且在嵌入式設(shè)計(jì)上表現(xiàn)良好，但是其語(yǔ)法及特性很難掌握。當(dāng)你在C中編碼時(shí)，你實(shí)際上是為編譯器和其他構(gòu)建工具編寫(xiě)指令。記住這一點(diǎn)。C語(yǔ)言是“接近金屬”的語(yǔ)言，因?yàn)槟拇a在人類(lèi)可讀格式下編寫(xiě)的代碼，匯編代碼和二進(jìn)制映像的構(gòu)建過(guò)程的結(jié)果之間僅有幾個(gè)步驟。

C代碼具有嚴(yán)格的類(lèi)型，要求某些變量匹配得足夠好以執(zhí)行安全賦值。這是為了保護(hù)你不要做愚蠢的事情，比如變量（即指針）的地址和變量的內(nèi)容。但是經(jīng)常在嵌入式開(kāi)發(fā)中，您需要能夠?qū)⒓償?shù)字轉(zhuǎn)換為地址，以便指定寄存器地址。這需要你熟悉類(lèi)型轉(zhuǎn)換，以告訴編譯器你真的知道你在做什么。

3）使用描述性變量和函數(shù)名稱(chēng)

你可以做的最好的事情是確保你的代碼設(shè)計(jì)得很好，使用描述性的變量和函數(shù)名。在C代碼中沒(méi)有與長(zhǎng)名稱(chēng)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行性能損失。當(dāng)構(gòu)建工具將C代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制機(jī)器碼時(shí)，將刪除所有標(biāo)識(shí)符。請(qǐng)考慮在FAT文件系統(tǒng)（FF）庫(kù)中找到的以下代碼段：

上面的代碼有一些注釋?zhuān)@當(dāng)然有幫助，是一件非常好的事情，但是很難通過(guò)查看變量，函數(shù)，枚舉和預(yù)處理符號(hào)知道這個(gè)代碼的確切原因?？紤]使用以下代碼作為替代：

是的，代碼有點(diǎn)寬，難以鍵入，但Simplicity Studio提供代碼完成與CTRL +空格鍵的快捷鍵，你可以隨時(shí)剪切和粘貼。代碼可讀性會(huì)增強(qiáng)，需要更少的尋找變量名。我們可以通過(guò)查看第二個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，這段代碼旨在查看目標(biāo)目錄，并在找到目標(biāo)目錄中的已刪除（先前已填充但現(xiàn)在可用）或零（從未填充）短文件名條目時(shí)中斷。描述性名稱(chēng)允許您像讀一段故事似得閱讀代碼，在你閱讀時(shí)告訴你目的。

4）嚴(yán)肅的對(duì)待注釋

一個(gè)好的軟件開(kāi)發(fā)人員在幾個(gè)關(guān)鍵的地方給代碼添加了很多注釋。注釋?zhuān)玳L(zhǎng)變量名，不影響到運(yùn)行時(shí)可執(zhí)行二進(jìn)制文件的文件大小，只是在那里，以幫助閱讀文檔的代碼。解決方案中每個(gè)文件的頂部應(yīng)說(shuō)明該文件的目的，并且在每個(gè)函數(shù)的頂部應(yīng)有較長(zhǎng)的注釋?zhuān)f(shuō)明函數(shù)的用途以及描述輸入和輸出。除了這些關(guān)鍵的地方，應(yīng)該在逐行的基礎(chǔ)上使用注釋?zhuān)瑹o(wú)論代碼的意圖清不清楚。使用描述性變量名稱(chēng)可以幫助解釋代碼的目的，并減少必要的注釋?zhuān)沟媚抢锏淖⑨尭怀?。相信我，一年后你不?huì)記得當(dāng)初寫(xiě)代碼的目的，所以要重視注釋了！

5）使用emlib庫(kù)

對(duì)于EFM32程序員，emlib庫(kù)是你的朋友。接入EFM32外設(shè)時(shí)，盡可能的調(diào)用這些庫(kù)。這些庫(kù)經(jīng)過(guò)良好測(cè)試，并有額外的代碼來(lái)幫助尋找問(wèn)題，而不僅僅是直接調(diào)整寄存器。

例如，以下代碼使用emlib庫(kù)：

TIMER_TopSet（TIMER3， 1000）;

相同的事情可以通過(guò)預(yù)處理器定義尋址內(nèi)存映射外設(shè)的寄存器來(lái)完成，定義TIMER3為0x40010C00。我們不使用這個(gè)地址，因?yàn)樗茈y被記住，但這是TIMER3映射在主內(nèi)存中的地方。

TIMER3-》TOP = 1000;

所有外設(shè)以完全相同的方式映射到內(nèi)存地址，因此有時(shí)您會(huì)看到使用此指針表示法的示例，而不是emlib庫(kù)函數(shù)。如果您將看到em_timer.h中的TIMER_TopSet函數(shù)定義，您將看到該函數(shù)與此示例完全相同，因此在這種情況下，庫(kù)函數(shù)沒(méi)有提供任何附加值。然而，使用emlib庫(kù)，有時(shí)會(huì)得到比簡(jiǎn)單操作映射寄存器更多的功能。例如，CMU_ClockEnable函數(shù)在最終使用“bit band”命令確保寄存器位自動(dòng)地設(shè)置之前，小心地代表您做出很多決定。盡可能頻繁地使用這些庫(kù)函數(shù)，以獲得所有EFM32庫(kù)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的便利性。

6）定義變量以避免堆棧和堆的問(wèn)題

C的許多方面對(duì)于非專(zhuān)業(yè)的程序員來(lái)說(shuō)并不明顯，但在嵌入式設(shè)計(jì)中運(yùn)行代碼時(shí)變得很重要。對(duì)于初學(xué)者，所有本地聲明的變量都在棧上。這些是您在函數(shù)或任何代碼塊中定義的變量。

堆棧是從“內(nèi)存頂部”或物理RAM中最高可用地址開(kāi)始的內(nèi)存區(qū)域，然后向下計(jì)數(shù)，直到達(dá)到堆棧限制。如果您定義了太多的局部變量，或者您的代碼通過(guò)使用遞歸或其他嵌套函數(shù)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建這些變量，那么您的堆?？臻g會(huì)被占滿(mǎn)。

全局變量是在模塊級(jí)別的所有函數(shù)和其他代碼塊之外定義的變量。編譯器自動(dòng)為heap上的全局聲明的變量分配內(nèi)存，這是堆棧外的主內(nèi)存池的一部分，如果您嘗試分配太多的RAM，將會(huì)產(chǎn)生編譯器錯(cuò)誤。但是，在代碼中使用malloc（）命令可以動(dòng)態(tài)地在運(yùn)行時(shí)在堆中分配RAM。

在具有有限RAM的嵌入式處理器上使用recursion或malloc（）命令是一個(gè)冒險(xiǎn)的任務(wù)！你必須理解你的代碼將需要多少遞歸嘗試（或malloc（）調(diào)用）以便解決問(wèn)題，然后設(shè)計(jì)一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)用盡堆棧空間的解決方案。

如果您在代碼中定義所有變量并讓編譯器確定如何自動(dòng)管理內(nèi)存，您將遇到較少的超出堆棧或堆的問(wèn)題。即使有這樣的預(yù)防措施，如果你的代碼幾乎是可用的RAM大小，當(dāng)你編譯和構(gòu)建你的代碼，你將需要學(xué)習(xí)如何監(jiān)視堆棧和堆的大小，這部分內(nèi)容超出本節(jié)的范疇。

7）全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量的差異

使用關(guān)鍵字“static”定義的變量表示不同范圍的不同內(nèi)容。在內(nèi)部函數(shù)中，static關(guān)鍵字用在變量的前面，以記住它在函數(shù)調(diào)用之間的值。它具有一種“粘性”，你可以在函數(shù)的第一次調(diào)用時(shí)初始化它，然后讓它保持其值，而不是每次函數(shù)執(zhí)行時(shí)重新初始化非靜態(tài)變量。在全局范圍，所有變量都是“粘性”的，因?yàn)樗鼈冎辉谶\(yùn)行時(shí)開(kāi)始時(shí)初始化一次，然后記住它們的值。但是，放置在全局變量前面的static關(guān)鍵字指示編譯器該變量對(duì)于該模塊是本地的，并且不被外部模塊使用。對(duì)于同一個(gè)“static”關(guān)鍵字，這是一個(gè)完全不同的含義。

8）volatile和extern的含義及如何相互影響

只要變量和函數(shù)在模塊中未聲明為static，它們就可以在該模塊外部使用，并在其他模塊中使用。為了告訴編譯器你打算在模塊中使用相同的變量，你在一個(gè)模塊中定義一個(gè)常規(guī)方法的變量，并在設(shè)計(jì)中所有其他模塊的定義之前添加關(guān)鍵字“extern”。現(xiàn)在，您設(shè)計(jì)中的所有模塊都可以訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)變量。但是，如果設(shè)計(jì)中的其他模塊中的一個(gè)模塊意圖修改最初定義的位置之外的變量的值，則必須在該變量前面添加關(guān)鍵字“volatile”。這個(gè)volatile關(guān)鍵字告訴編譯器該變量可以在模塊之外更改，并阻止優(yōu)化器刪除似乎沒(méi)有效果的語(yǔ)句。

此外，當(dāng)使用Release版本和Debug版本時(shí)，使用volatile非常重要。當(dāng)優(yōu)化設(shè)置增加時(shí)，編譯器將主動(dòng)嘗試壓縮不必要的代碼。這意味著您需要防止編譯器這樣做，通過(guò)使用volatile關(guān)鍵字可以改變當(dāng)前范圍之外的任何變量。