嵌入式系统程序可移植性设计及性能优化之一――宏定义设计

在程序设计过程中，对于经常使用的一些常量，如果将它直接写到程序中去，一旦常量的数值发生变化，就必须逐个找出程序中所有的常量，并逐一进行修改，这样必然会降低程序的可维护性。因此，应尽量通过预处理命令方式将常量定义为特定的字符，这样常量就有了统一的表现形式，不会出现输入错误导致的不一致性。另外宏常量意义明确，大大改善了代码的可读性。

只读的变量也可以实现上述宏常量所带来的可移植性、可靠性及可读性等特点，但其要占据存储空间，需要访问内存，相比宏常量的立即数寻址而言效率要低。在C＋＋中提倡用const只读变量来定义常量，是因为这样可以提供更严格的类型安全检查。但由于C中const只读变量不能用于某些场合，因此在嵌入式C中仍多数采用宏来定义常量。

下面以一个实例来说明宏定义的基本规则，如用预处理指令#define 声明一个常量，用以表明1年中有多少秒，不考虑润年

#define C_SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL

a)       命名风格，为了与普通变量区分开来，宏定义通常全部大写，多个单元之间用下划线隔开；

b)       整个表达式应括起来，若有参数则应将每个参数都括起来，防止替换扩展后可能带来的异常问题；

c)       常量表达式先合并后再替换。预处理器将为你计算常量表达式的值，因此，直接写出你是如何计算一年中有多少秒而不是计算出实际的值，是更清晰而没有运行性能代价的。

d)       为常量添加类型信息。宏的不足之一在于缺乏类型安全检查，人为的提供类型信息可以有效检查出此类问题。UL告诉编译器这个常量是无符号长整型数，因此将其赋值给u16型变量会出现告警。

嵌入式系统程序的最大特点是硬件平台的多变性，因此需要根据具体的应用情况更改大量配置，而这些配置基本都是由宏定义来实现的，放在特定的头文件中，与其他的代码隔离，在一定程度上改善了代码的可移植性。但有些时候，多个宏定义有严重的依赖关系，增减某个宏会引起其他定义的更改，如何定义这些宏对嵌入式程序的可移植性有很大影响。

“A常量分别定义”方式，因为各个宏定义值必须连续，若更改或者删除C_DD_MODULE_ID_AOM，其他的定义基本都受到影响，将严重影响到代码的可扩充性和可裁减性。

“B依赖定义”方式，其原则是：

a)       base用常量定义；

b)       第一个定义为base；

c)       其他的在上一个基础上加1；

d)       max项即为最后一项。

这样整体改动起来只需要更改base；在中间删除或添加部分项时只需要更改一个上下衔接处即可；添加则比较简单，只需要在原有最后项后添加即可。

这种方式若改动部分定义对其他定义的影响最小，大大改善了代码的可移植性。

嵌入式系统经常需要和硬件打交道，而配置硬件寄存器则是系统初始化阶段的重要任务，如何清晰明了的进行配置决定了代码的可读性。尽管可以使用位域，但位域是不可移植的，因此利用宏定义来解决可移植性问题。

对于每一个待操作相应位来说，应具备以下几个标识：

待操作的位名称B_NAME；

操作位所占据的位宽B_WIDTH_NAME

操作位第一位的偏移量B_SHIFT_NAME

操作位的掩码B_MASK_NAME

以PRI为例进行说明：

#define PRI  DD_C64_EDMA_OPT_PRI

#define C_WIDTH _DD_C64_EDMA_OPT_PRI          (3)

#define C_SHIFT_DD_C64_EDMA_OPT_PRI          (29)

可以手动定义对应位的掩码，如下：

#define C_MASK_DD_C64_EDMA_OPT_PRI           (0xe0000000)

但更好的方式是利用位宽和偏移量来自动构成掩码

#define BIT_MASK(_name)  (((1U<< C_WIDTH _##_name))-1)<<( C_SHIFT_##_name)

#define C_MASK_DD_C64_EDMA_OPT_PRI  BIT_MASK(PRI)

BIT_MASK(PRI)经过宏替换后即为：

(((1U<<( C_WIDTH _DD_C64_EDMA_OPT_PRI))-1)  /

<<( C_SHIFT_DD_C64_EDMA_OPT_PRI)

对于每个位的取值也应该用宏定义来表示，这样清晰明确

#define C_DD_C64_EDMA_OPT_URGENT_PRI         (0x0)

#define C_DD_C64_EDMA_OPT_HIGH_PRI           (0x1)

#define C_DD_C64_EDMA_OPT_MEDIUM_PRI         (0x2)

#define C_DD_C64_EDMA_OPT_LOW_PRI            (0x3)

具备了掩码和偏移量即可对各个位进行操作了

#define SET_BITS(_reg,_name_val)/

((_reg)=((_ reg)&~(BIT_MASK(_name))) /

| (((_val)<<( C_SHIFT_##_ name))&(BIT_MASK(_name))))

通过如下方式调用设置优先级

SET_BITS(u32Opt, PRI, C_DD_C64_EDMA_OPT_HIGH_PRI);

即实现了将u32Opt的PRI等位设置为C_DD_C64_EDMA_OPT_HIGH_PRI

SET_BITS宏可应用于待操作的位为多位的情况，当待操作的位仅为一位时，可用更简单的操作方式

#define SET_BIT(_reg,_name)   ((_reg) |= (BIT_MASK(_name))

#define CLR_BIT(_reg,_name)   ((_reg) &= ~(BIT_MASK(_name))

以TCINT为例：

#define TCINT  DD_C64_EDMA_OPT_TCINT

#define C_WIDTH _DD_C64_EDMA_OPT_TCINT  (1)

#define C_SHIFT_DD_C64_EDMA_OPT_PRI          (20)

SET_BIT(u32Opt, TCINT)

CLR_BIT(u32Opt, TCINT)