深入浅出编译优化选项 上

很多朋友对深入浅出编译优化选项，上不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

在之前的文章《如何为嵌入式软件开发选择编译器》中，我们谈到了编译器对于嵌入式软件开发的重要性，以及如何选择一款优秀的编译器。本文还对比了现有主流编译器的编译优化性能，IAR Embedded Workbench编译器在输出代码量和性能方面处于业界领先地位。

本文将以IAR Embedded Workbench编译器为例，说明如何配置编译优化选项，以达到嵌入式软件代码的性能和体积的最佳平衡。由于篇幅所限，本话题将分为两部分。编译器代码构建过程在介绍如何配置编译器优化选项之前，我们先来了解一下编译器的构建过程。以IAR嵌入式工作台编译器为例，其代码构造过程如下。构建过程分为前端和后端两部分。

前端主要是通过解析器从C代码中产生中间代码，在这个过程中会介入高级优化器，其优化策略包括函数在内衬、死代码消除、循环展开等。

后端会通过目标代码生成器从中间代码生成目标汇编代码，在这个过程中还会介入底层优化器，其优化策略包括调度、窥视孔、函数交叉调用优化等。然后汇编程序将汇编代码转换成目标代码。

最后，所有的目标机器码通过链接器链接成elf格式的可执行二进制代码文件。在链接阶段，也有相应的优化器(链接器时间优化)进行优化。

IAR Embedded Workbench编译优化选项介绍在IAR Embedded Workbench(基于EWARM v9.32.2)中，通过菜单栏(Project-Options)打开项目选项界面，选择“C/C编译器”栏，在右侧标签页选择“优化”即可配置编译优化选项，如下图所示。1.编译和优化级别配置

如下图所示，IAR Embedded Workbench分为四个优化级别(无、低、中、高)，级别“高”又分为三个子优化级别(平衡、大小、速度)。下表概述了对应于每个优化级别的优化策略。如果选择“无”，编译器只会进行剔除无用代码等基本优化，但编译速度很快，最适合C/C源代码调试。

除了高(平衡)，还可以选择高(大小)作为最高优化级别来优化代码量。或者选择高(速度)并检查无大小限制以优化代码性能。我们将在《深入浅出编译优化选项（下）》中详细介绍编译优化启用转换的配置方法，敬请关注。2.多文件编译

通常，编译器逐个编译C/C源文件。编译器对单次编译的查看仅限于当前C/C源文件，无法知道其他源文件的情况，包括全局变量、函数调用、指针别名等关系。因此，编译器会采用更加保守和安全的优化假设。

IAR嵌入式工作台为用户提供了* *“多文件编译”的功能，如下图所示。编译器允许在工程全局级别或文件组级别一次编译多个文件，这增加了编译视野，使编译优化策略能够更深入地实现，通常可以获得更好的编译优化结果。3.灵活配置编译优化选项的范围

IAR Embedded Workbench提供了不同范围的编译优化选项设置，使得用户可以更加灵活地配置不同编译优化需求的代码。全局设置：如前所述，编译优化选项设置方法都是全局设置，影响整个项目范围。

每个文件/组的设置：当一个文件/组中的所有函数必须有与项目不同的编译优化设置时，打开文件/组编译选项界面(在项目管理器中选择文件/组，鼠标右键选择选项)，选择“覆盖继承的设置”，如下图所示。然后进行编译优化设置。单一函数：当某些函数必须有不同的编译优化设置时，可以在源代码中使用#pragma关键字单独配置，如下例所示。

4.IAR Embedded Workbench在链接阶段也提供了相应的代码优化选项，如下图所示。默认情况下，链接阶段会删除未使用的变量和函数。内联小例程：用函数的本体替换一些对小函数的调用。

合并重复节：链接器可以检测具有相同内容的只读节，并且只保留每个这样的节的一个副本，从而将对任何重复节的所有引用重定向到保留节。

• C++虚拟函数消除（Perform C++ virtual function elimination）：虚函数是C++ 中的一种特殊函数，它的实际调用取决于对象的实际类型。 虚函数的调用需要运行时动态解析，因此会导致一定的运行时开销。 “C++虚拟函数消除” 可删除不需要的虚拟函数和动态运行时类型信息，以减少程序运行时的开销，提高程序的性能。

嵌入式软件编译优化选项配置整体思路

嵌入式系统中通常硬件资源有限，特别是存储器容量，直接与MCU硬件成本挂钩，影响整个系统的硬件物料成本； 另一方面，嵌入式软件又需要对外部信号进行实时响应，对外部设备进行实时控制，比如马达控制组件； 除此之外，电池供电的嵌入式设备需要具备低功耗特性，要求CPU尽可能处于深度睡眠状态，以尽可能延长设备的单次电池工作时间。

结合上述情况，对于嵌入式软件进行编译优化选项配置需要进行差异化考量，具体如下：

• 对于整个嵌入式软件项目作用域，可以考虑极致代码体积优化。 较少的代码体积可以适配较小flash容量的MCU，从而节省硬件物料成本。

• 对于运行频度很高的代码段，可以考虑极致代码性能优化。 这样可以使得关键代码在相同CPU速度的情况下，达到更高的实时响应速度。

• 另外，在电池供电的低功耗应用中，CPU一般处在深度睡眠状态。 通常是间隔一段时间或者外部事件到来，唤醒CPU执行一个任务，然后CPU重新回到深度睡眠状态。 设备功耗等于CPU深度睡眠的静态功耗和任务运行的动态功耗之和。 根据MCU硬件电气特性，其单位时间动态功耗（mA级别）要远大于单位时间静态功耗（uA级别）。

对于经常需要唤醒执行的软件任务，可以考虑极致代码性能优化。 这样会减少动态功耗的时间，以达到整体功耗的下降，从而增加设备的电池使用寿命。

注意事项：

• #pragma optimize 只能降低对应函数的优化等级，或者选择另外一种优化策略。 如果pragma optimize的优化等级比编译器选项的优化等级高，那么pragma optimize命令会被忽略。

• 高优化等级会让编译时间变长，同时让调试变得困难一些（因为高优化等级会让生成的代码和源代码的对应关系没有那么直接）。 如果在调试过程中发现类似的问题，建议降低优化等级进行调试。

总结

IAR Embedded Workbench是一款业界领先的编译工具链，除了提供卓越的性能之外，还提供了丰富灵活的编译优化选项配置，以帮助用户在不同的嵌入式应用需求下，都能找到最佳的嵌入式软件代码性能和体积的平衡点。

在下一篇《深入浅出编译优化选项（下）》 中，我们将介绍编译过程中的优化策略以及如何在IAR Embedded Workbench配置编译优化微调项（Enabled transformations），让用户可以根据代码需求配置出更加精准的编译优化策略组合。

审核汤梓红

以上知识分享希望能够帮助到大家！