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51单片机一般如何进行内存优化？实例+要点资料下载
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2021-04-03
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51单片机的内存优化最常见的是以下两种
① 超过变量128后必须使用compact模式编译，实际的情况是只要内存占用量不超过 256.0 就可以用 small 模式编译
② 128以上的某些地址为特殊寄存器使用，不能给程序用.与 PC 机不同，51 单片机不使用线性编址，特殊寄存器与 RAM 使用重复的重复的地址。但访问时采用不同的指令，所以并不会占用 RAM 空间。
③是否把一些固定的代码存贮到了CODE区。如果把没变化的数据也存储到DATA去，就太浪费了！
由于内存比较小，一般要进行内存优化，尽量提高内存的使用效率。
以 Keil C 编译器为例，small 模式下未指存储类型的变量默认为data型，即直接寻址，只能访问低 128 个字节，但这 128 个字节也不是全为我们的程序所用，寄存器 R0-R7必须映射到低RAM，要占去 8 个字节，如果使用寄存组切换，占用的更多。
所以可以使用 data 区最大为 120 字节，超出 120 个字节则必须用 idata 显式的指定为间接寻址，另外堆栈至少要占用一个字节，所以极限情况下可以定义的变量可占 247 个字节。当然，实际应用中堆栈为一个字节肯定是不够用的，但如果嵌套调用层数不深，有十几个字节也够有了。
为了验上面的观点，写了个例子
#define LEN 120
data UCHAR tt1[LEN];
idata UCHAR tt2[127];
void main()
{
UCHAR i,j;
for(i = 0; i < LEN; ++i )
{
j = i;
tt1[j] = 0x55;
}
}
可以计算 R0-7(8) + tt1(120) + tt2(127) + SP(1) 总共 256 个字节
keil 编译的结果如下：
Program Size: data=256.0 xdata=0 code=30
creating hex file from ".\Debug\Test"...
".\Debug\Test" - 0 Error(s), 0 Warning(s).
(测试环境为 XP + Keil C 7.5)
这段代码已经达到了内存分配的极限，再定义任何全局变量或将数组加大，编译都会报错 107
这里要引出一个问题：为什么变量 i、j 不计算在内？
这是因为 i、j 是局部变量，编译器会试着将其优化到寄存器 Rx 或栈。问题也就在这了，如果局部变量过多或定义了局部数组，编译器无法将其优化，就必须使用 RAM 空间，虽然全局变量的分配经过精心计算没有超出使用范围，仍会产生内存溢出的错误！
而编译器是否能成功的优化变量是根据代码来的。
上面的代码中，循环是臃肿的，变量 j 完全不必要，那么将代码改成
UCHAR i;
UCHAR j;
for(i = 0; i < LEN; ++i )
{
tt1[i] = 0x55;
}
再编译看看，出错了吧！因为编译器不知道该如何使用 j，所以没能优化，j 须占 RAM 空间，RAM 就溢出了。(智能一点的编译器会自动将这个无用的变量去掉，但这个不在讨论之列了)。另外，对 idata 的定义的变量最好放在 data 变量之后，对于这一种定义
uchar c1;
idata uchar c2;
uchar c3;
变量 c2 肯定会以间接寻址，但它有可能落在 data 区域，就浪费了一个可直接寻址的空间。
变量优化一般要注意几点:
①让尽可能多的变量使用直接寻址，提高速度
假如有两个单字节的变量，一个长119的字符型数组
因为总长超过 120 字节，不可能都定义在 data 区
按这条原则，定义的方式如下:
ata UCHAR tab[119];
data UCAHR c1;
idata UCHaR c2;
但也不是绝的，如果 c1, c2 需要以极高的频率访问，而 tab 访问不那么频繁，则应该让访问量大的变量使用直接寻址：
data UCAHR c1;
data UCHaR c2;
idata UCHAR tab[119];
这个是要根据具体项目需求来确定的
②提高内存的重复利用率
就是尽可能的利用局部变量，局部变量还有个好处是访问速度比较快
由前面的例子可以看出，局部变量 i, j 是没有单独占用内存的
子程序中使用内存数目不大的变量尽量定义为局部变量
③对于指针数组的定义，尽可能指明存储类型
尽量使用无符号类型变量
一般指针需要一个字节额外的字节指明存储类型
8051 系列本身不支持符号数，需要外加库来处理符号数，一是大大降低程序运行效率，二是需要额外的内存
④避免出现内存空洞
可以通过查看编译器输出符号表文件(.M51)查看
对前面的代码，M51文件中关于内存一节如下：
* * * * * * * D A T A M E M O R Y * * * * * * *
REG 0000H 0008H ABSOLUTE "REG BANK 0"
DATA 0008H 0078H UNIT ?DT?TEST
IDATA 0080H 007FH UNIT ?ID?TEST
IDATA 00FFH 0001H UNIT ?STACK
第一行显示寄存器组0从地址0000H开始，占用0008H个字节
第二行显示DATA区变量从0008H开始，占用0078H个字节
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