在過去數(shù)十年,，摩爾定律一直支配著半導(dǎo)體的發(fā)展。隨著MCU的性能越來越強(qiáng),，嵌入式產(chǎn)品也越來越智能，嵌入式軟件也變得越來越復(fù)雜,。編譯器作為嵌入式軟件開發(fā)的基礎(chǔ)工具,，將程序員編寫的源代碼轉(zhuǎn)換為底層硬件可以執(zhí)行的機(jī)器指令。一款優(yōu)秀的編譯器既需要對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化,，確保程序可以高效地運(yùn)行,，同時(shí)又需要保證轉(zhuǎn)換的一致性。

　　因此,，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員來講,，在選擇以編譯器為核心的開發(fā)工具時(shí)，就必須要考慮一款編譯器與其工程環(huán)境和項(xiàng)目需求的關(guān)系,，從而通過“利其器”而“善其事”,。本文將介紹一款優(yōu)秀編譯器應(yīng)具備的一些特征，幫助嵌入式軟件開發(fā)人員根據(jù)其工程需求來選擇適合的編譯器,，最快和最好地完成其工程項(xiàng)目,。

　　嵌入式軟件復(fù)雜性 vs MCU硬件資源的有限性

　　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，從汽車,、航空航天到智能家居等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用,。然而，隨著嵌入式軟件功能越來越復(fù)雜,，軟件復(fù)雜性也隨之增加,，這給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn)。特別是在硬件資源有限的嵌入式系統(tǒng)中,，軟件復(fù)雜性與MCU硬件資源之間的平衡變得非常重要。

　　一方面，隨著軟件功能的增加,，軟件復(fù)雜性不斷增加,，這可能導(dǎo)致代碼變得龐大、難以維護(hù),。嵌入式軟件需要對(duì)外部設(shè)備和傳感器進(jìn)行控制和響應(yīng),，同時(shí)還需要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些都會(huì)增加軟件的復(fù)雜性,。

　　另一方面,，嵌入式系統(tǒng)通常只具有有限的硬件資源，包括處理器速度,、存儲(chǔ)器容量和外設(shè)接口等,。這些硬件資源的限制可能會(huì)限制系統(tǒng)的功能和性能。當(dāng)軟件復(fù)雜度增加時(shí),，可能會(huì)占用更多的硬件資源,，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降或功能受限。此時(shí),，需要采用編譯優(yōu)化算法,、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼模塊化等技術(shù)，以便在MCU硬件資源有限的情況下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的嵌入式軟件功能,。

　　因此,，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，軟件復(fù)雜性和MCU硬件資源之間的平衡非常關(guān)鍵,。需要優(yōu)化嵌入式軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),，以確保系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定和成本的完整考量,。采用有效的軟件工程方法和工具,，可以在硬件資源有限的情況下實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)功能。編譯器作為嵌入式軟件開發(fā)中不可或缺的生產(chǎn)工具,，承擔(dān)從C/C++源碼到目標(biāo)二進(jìn)制代碼的高效轉(zhuǎn)換職責(zé),，對(duì)其的選擇對(duì)于嵌入式軟件的開發(fā)極為重要。

　　一款優(yōu)秀的編譯器應(yīng)具備的特性

　　生成的代碼體積

　　首先,，優(yōu)秀的編譯器可以將C/C++源代碼轉(zhuǎn)換成體積更小的二進(jìn)制代碼,，從而在給定的MCU中加入更多的功能。在嵌入式系統(tǒng)中,，MCU的存儲(chǔ)器資源通常是有限的,，因此，如果代碼越小,，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)更多的功能,。此外,，更小的代碼體積也意味著更少的存儲(chǔ)器占用，這可以降低系統(tǒng)的成本,。

　　下面,，我們通過CoreMark基準(zhǔn)對(duì)市面上流行的MCU編譯器輸出的代碼尺寸進(jìn)行分析。CoreMark基準(zhǔn)是一個(gè)很好的參考,，因?yàn)樗噲D納入開發(fā)人員做的一些更常見的事情,，如矩陣操作、CRC計(jì)算,、列表處理（包括查找和排序）等等,。因此，它為你提供了一個(gè)關(guān)于編譯器能做什么的“真實(shí)世界”的比較,，而且它還有防篡改機(jī)制,，以確保編譯器供應(yīng)商不會(huì)通過“手工優(yōu)化”CoreMark代碼來作弊?？梢栽L問EEMBC網(wǎng)站查找包含各種MCU和編譯器組合的CoreMark基準(zhǔn),。

　　雖然CoreMark是一個(gè)速度基準(zhǔn)，但得益于其廣泛的方法,，它也是一個(gè)很好的代碼體積基準(zhǔn),。在各種芯片上觀察該基準(zhǔn)測試的一個(gè)文件 （coremark.c），可以發(fā)現(xiàn),，根據(jù)下圖中顯示的所使用的芯片,，其體積有小幅的變化。IAR Embedded Workbench（圖中為：ICCARM V7.70.1）呈現(xiàn)出比其他工具小得多的變化程度,，并且在不同芯片上均能產(chǎn)生最小的代碼體積,。

　　事實(shí)上，在CoreMark總共34個(gè)模塊的30個(gè)中,，IAR Embedded Workbench for Arm產(chǎn)生了更緊密的代碼,，總體體積差異約為20%。同樣,，我們在調(diào)研用戶使用IAR Embedded Workbench for RX和IAR Embedded Workbench for RL78開發(fā)的真實(shí)應(yīng)用案例時(shí),，發(fā)現(xiàn)生成的代碼體積比GCC和其他工具小27%至 28%。

　　生成的代碼性能

　　其次,，性能卓越的編譯器可以通過代碼優(yōu)化技術(shù)來提升代碼執(zhí)行速度,。例如，編譯器可以進(jìn)行代碼重排,、內(nèi)聯(lián)函數(shù)和循環(huán)展開等優(yōu)化操作,，以提高代碼的執(zhí)行效率和性能。在嵌入式系統(tǒng)中,，處理器的性能通常也是有限的,，因此代碼的執(zhí)行速度很重要,。通過提升代碼執(zhí)行速度，系統(tǒng)可以更充分地利用處理器的性能,，這可以讓開發(fā)人員在不需要更高性能的處理器的情況下實(shí)現(xiàn)更高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì),，同時(shí)節(jié)省系統(tǒng)成本。另外,，高效的二進(jìn)制代碼同樣可以降低MCU的功耗，有助于提升產(chǎn)品的續(xù)航能力,，從而使得產(chǎn)品在低功耗應(yīng)用中更具競爭力,。

　　同樣，我們通過CoreMark基準(zhǔn)對(duì)市面上流行的MCU編譯器輸出的代碼性能進(jìn)行分析,。這里我們舉例來自Nordic Semiconductor芯片的CoreMark基準(zhǔn)測試數(shù)據(jù),。選用“極致性能”編譯優(yōu)化選項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行編譯時(shí)，IAR Embedded Workbench for Arm確實(shí)遠(yuǎn)超其他工具,。如下表所示,，從這些基準(zhǔn)測試中，可以看到IAR Embedded Workbench比Keil工具鏈高出19.1%,，比GCC工具鏈高出驚人的29.8%,。建議在CoreMark網(wǎng)頁上查看當(dāng)前最新的分?jǐn)?shù)。也可以自己運(yùn)行基準(zhǔn)測試以獲得精確的數(shù)字,。

　　穩(wěn)定性也至關(guān)重要

　　另外,，編譯器編譯輸出的穩(wěn)定性也至關(guān)重要。如果編譯器的輸出不穩(wěn)定,，那么在相同的源代碼上編譯可能會(huì)得到不同的結(jié)果,，從而使得嵌入式系統(tǒng)在不同的環(huán)境中表現(xiàn)出不一致的行為。這將對(duì)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響,，并且可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤行為,，從而增加項(xiàng)目時(shí)間和成本。因此,，編譯器必須確保其輸出的結(jié)果是可靠和可重復(fù)的,，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　相對(duì)于開源編譯器工具,，IAR Embedded Workbench作為商用編譯器工具的領(lǐng)導(dǎo)者,，擁有資深的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)和嚴(yán)格的品控流程，在發(fā)布版本之前會(huì)經(jīng)過嚴(yán)格的測試和審核過程,，確保其在各種情況下都能穩(wěn)定運(yùn)行,。

　　除此之外，對(duì)于有功能安全產(chǎn)品需求的用戶,， IAR Embedded Workbench高質(zhì)量編譯器通過了由T?V S?D 認(rèn)證的功能安全認(rèn)證,，涵蓋了工業(yè)（IEC 61508）,，汽車（ISO 26262）等10種不同種類的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，可以幫助用戶加快功能安全認(rèn)證,，加速產(chǎn)品上市,。

技術(shù)支持

　　最后，也是非常重要的一點(diǎn)是用戶是否能快速有效的獲得技術(shù)支持,。盡管編譯器的性能和穩(wěn)定性都非常優(yōu)秀,，但如果用戶在使用時(shí)遇到問題并且不能獲得及時(shí)的技術(shù)支持，這將導(dǎo)致用戶的使用體驗(yàn)下降,，項(xiàng)目開發(fā)延期,，甚至導(dǎo)致用戶產(chǎn)品無法按時(shí)交付。因此,，能否提供及時(shí)的技術(shù)支持也是用戶選擇編譯器的一個(gè)極為重要的考量因素,。

　　如果免費(fèi)工具有問題，例如編譯器或庫中的錯(cuò)誤,，用戶唯一能做的就是試著自己解決,，或者在相關(guān)的資源庫中發(fā)布一個(gè)問題：

　　為避免整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)因?yàn)殚_發(fā)工具的問題而停止工作,，是使用IAR等商用專業(yè)開發(fā)工具的最大原因之一。除此之外，IAR在世界各地都有當(dāng)?shù)氐闹С謭F(tuán)隊(duì),，IAR中國技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)直接為國內(nèi)客戶提供高效的本地技術(shù)支持服務(wù),。（見下圖）

　　總結(jié)

　　一款優(yōu)秀的編譯器可以將源代碼轉(zhuǎn)換成高效,、穩(wěn)定,、優(yōu)化的二進(jìn)制代碼，使得嵌入式系統(tǒng)能夠在有限的硬件資源下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能和卓越的性能,。選擇一款適合特定平臺(tái),、性能卓越、穩(wěn)定可靠,、并提供優(yōu)質(zhì)技術(shù)支持的編譯器對(duì)于嵌入式軟件開發(fā)來說是至關(guān)重要的,。

　　IAR擁有資深的編譯器技術(shù)團(tuán)隊(duì)，深耕編譯器產(chǎn)品開發(fā)40余年,，為用戶提供業(yè)界領(lǐng)先,、性能卓越的編譯工具鏈。IAR中國的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)時(shí)刻準(zhǔn)備著為國內(nèi)用戶提供高效,、專業(yè)的技術(shù)支持,，為嵌入式應(yīng)用開發(fā)者保駕護(hù)航。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. www.eembc.org/coremark

　　2. www.iar.com/e-book/e-book-cn

　　3.https://www.iar.com/products/architectures/arm/iar-embedded-workbench-for-arm/

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