写个单片机程序，居然被优化了！

程序员库森 · 发表于 2023-11-15 11:45:00

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作者 | strongerHuang微信公众号 | 嵌入式专栏
最近看到小伙伴讨论【我的代码不按照流程执行】相关的话题。。。
这类问题，有经验的工程师肯定能想到是什么原因导致的，那就是编译器把你代码优化了。
本文围绕Keil MDK优化选项，以及相关拓展知识（微库、实际应用、调试）进行讲述，希望对你项目开发有所帮助。
概述
我们所指的优化，主要两方面：

代码大小（Size）

代码性能（运行时间）

在MDK-ARM中，优化相关的配置选项：

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当然，如果选择编译器（AC5、AC6）不同，优化选项也有差异（下面讲述）。
举例：某些项目MCU容量有限时，你除了修改代码（优化开支），同时你有必要使用优化选项。
某些项目（比如某算法）需要高效（最短时间）运行，此时有必要使用优化选项。
优化选项说明
本节详细讲述优化相关选项，同时，编译器选择AC5和AC6时有差异，下面也会针对AC5和6分别讲述。
1.Use Cross-Module Optimization：使用跨模块优化使用跨模块优化可以启用链接器反馈文件（进行两次编译），从而允许进一步的代码优化。
提示：
A.不针对库目标执行跨模块优化。B.跨模块优化将增加构建项目所需的时间，因为会自动执行多个编译和链接步骤。
2.Use MicroLIB：使用微库它是ISO标准C运行时库的子集（其中一部分），提供了性能和代码大小之间的权衡。
微库并不完全兼容ANSI，但对于大多数小型嵌入式应用程序来说已经足够了。
3.Use Link-Time Code Generation：使用链接时代码生成（优化）在V5版本之前有这个优化选项，多文件编译，链接时进行优化:

函数跨模块内联

删除未引用的变量和函数

通过重新排列变量优化内存访问

在可能的情况下重用内存
4.Execute-only Code：生成只执行的代码不包含未使用（函数、变量等）代码段。
仅限于：
C、Thumb代码基于Cortex-M3、M4的处理器编译器5.04以上
5.Optimize for Time：优化时间
以更大的代码大小为代价，减少执行时间。比如:使用内联函数。
编译器为AC6时，此选项为【Link-Time Optimization】，在链接状态下执行模块间优化。
6.Split Load and Store Multiple：分割加载和多存储指示编译器将LDM和STM指令拆分为两个或多个LDM或STM指令，以减少延迟，此选项可以提高系统的总体性能。
7.The One ELF Section per Function：每个函数一个ELF段ELF代码段通常包含许多函数的代码，此选项告诉编译器将所有函数放入它们自己的ELF段，这允许链接器删除未使用的ELF段（而不是未使用的函数）。
8.AC5时：Optimization优化选项：默认值，以优化性能为主。
Level 0 (-O0)：关闭大部分优化，除了一些简单的转换，生成的代码具有最佳的调试视图。
Level 1 (-O1)：应用受限优化。比如：删除未使用的内联函数和静态函数，删除冗余代码和重新排序指令等。生成的代码经过合理优化，具有良好的调试视图。
Level 2 (-O2): 高度优化，目标代码到源代码的映射并不一定对应，因此，不利于调试。
Level 3 (-O3)：最大级别优化，级别3与时间优化相结合可能生成比级别2更多的代码。
9.AC6时：Optimization优化选项当编译器选择AC6时，优化选项有差异（有更多优化选项）：

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AC6优化选型中前面5项（default、-O0 ~ 3）和AC5的作用基本一样，但AC6多了三个选项。
-Ofast：启用-O3的所有优化，以及其他可能违反语言标准（严格遵守）的优化。
-Os balanced：平衡代码大小与代码速度。默认情况下，编译器执行优化以提高性能，但可能会增加image文件大小。
-Oz image size：优化代码大小。
如何优化
本节讲述三种编译优化，使其达到最优（代码最小、性能最好）

代码大小

代码性能（速度）

代码平衡（大小和速度）
1.优化代码大小针对AC5编译器：

Use MicroLIB

Use Cross-module optimization

Optimization：level 2 (-O2)$ p0 D" ]0 ~5 s2 s7 h7 e
针对AC6编译器：

Use MicroLIB

Optimization：-Oz image size
说明：A.代码量大（ELF代码段通常包含许多函数的代码），可考虑使用The One ELF Section per Function选项减小代码。
B.AC6编译器改进了优化功能（可以理解为增加的3个选项集成了优化功能）。
代码优化大小（对比）：

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2.优化代码性能
针对AC5编译器：

Use Cross-module optimization

Optimization：level 3 (-O3)

Optimize for Time
针对AC6编译器：

Optimization：-Ofast

Link-Time Optimization
代码优化性能（对比）：

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3.代码平衡这种情况下，在满足代码大小的同时，我们应尽量满足性能。
这里其实就是一个相关平衡的关系，结合上面两种优化方式根据自己实际情况出发，一般优化考虑如下配置。
针对AC5编译器：

Use Cross-module optimization

Optimization：level 3 (-O3)

Optimize for Time
针对AC6编译器：

Optimization：-Os balanced

Link-Time Optimization
当然，AC6中-Os balanced优化选项更智能。
拓展
Keil MDK的优化功能需要结合项目实际情况进行优化。对一些项目能起到很大帮助作用，但优化之后也可能带来一些影响。
1.使用高度优化（-O1以上），可能会影响Debug调试（因为优化之后，编译输出和实际代码不匹配）。
2.指定源文件/文件组优化有些代码不需要优化，我们优化指定的源文件/文件组就行。

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