Каковы традиционные способы оптимизации использования программной памяти?

Я просто хочу добавить один пункт к превосходному ответу Мишеля Кейзерса:

• подумайте о каждом элементе, который вы храните в памяти, и спросите себе вопрос: мне действительно нужно держать это в оперативной памяти?

Может показаться глупым говорить о том, что многие считают очевидным, но мы видел здесь много примеров новичков, которые не принимают этого во внимание. рассмотрение. В качестве простого примера рассмотрим эту функцию, которая усредняет 500 аналоговых показаний:

int averageAnalogReading()
{
    // Сначала возьмите и сохраните показания.
    int readings[500];
    for (int i = 0; i < 500; i++)
        readings[i] = analogRead(inputPin);

    // Затем вычислить среднее значение.
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < 500; i++)
        sum += readings[i];
    return sum / 500;
}

Сохранение всех этих показаний совершенно бесполезно, так как вы можете просто обновить сумма на лету:

int averageAnalogReading()
{
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < 500; i++)
        sum += analogRead(inputPin);
    return sum / 500;
}

По той же причине, если вам нужно какое-то скользящее среднее для сглаживания данные, вам следует рассмотреть возможность использования экспоненциально взвешенного бегущего среднее значение, которое может быть постепенно обновлено без сохранения показания.

Какие общепринятые методы оптимизации использования памяти программы?

(примечание. Согласно комментарию Эдгара, я подчеркиваю, что речь идет о более эффективном использовании PROGMEM.)

• Если вы можете заменить код таблицей, размер которой ≤ строк кода, сделайте это.

  • Вместо последовательности операторов if найдите способ свернуть процедуру в таблицу
  • Используйте таблицы указателей на функции, если это имеет смысл
  • Иногда можно придумать мини-язык, гораздо более плотный, чем инструкции AVR, например, закодировать логику робота в 16 команд, а затем упаковать две команды на байт. Это может сократить использование памяти в 50 раз.
• Используйте функции вместо повторяющегося кода. Это может показаться очевидным, но часто существуют незаметные способы переписать код (но имейте в виду, что вызовы функций требуют дополнительных затрат).
• Используйте хеш-таблицы, а не таблицы с большими пробелами.
• Используйте фиксированную, а не плавающую точку (например, вы можете взять байт и интерпретировать его значение в диапазоне от 0,00 до 2,55 вместо использования 4-байтового числа с плавающей запятой).

Есть ли разница в использовании памяти, если переменная объявлена глобально или локально.

Давайте поговорим о стеке.

void A() {
    byte a[600];
    ...
}
void B() {
    byte b[400];
    ...
}
void loop() {
    byte xxx[1000];
    ...
}

Поначалу эта программа будет постоянно использовать не менее 1000 байт ОЗУ. Нет никакой реальной разницы по сравнению с объявлением xxx глобально. Но тогда важно, какая функция какую вызовет.

Если loop() вызывает A(), а затем loop() вызывает B(), программа не будет использовать больше 1600 одновременно. Однако если A() вызывает B() или наоборот, программа будет использовать 2000. Для иллюстрации:

loop() [1000]
  └──── A() [1600]
  │    [1000]
  └──── B() [1400]
  └──── A() [1600]
  └──── B() [1400]

по сравнению с

loop() [1000]
  └──── A() [1600]
        └──── B() [2000]
  │    [1000]
  └──── A() [1600]
        └──── B() [2000]

Будет ли иметь значение оператор управления или оператор выбора (например, if, switch )

Небольшая разница для небольшого числа случаев. В противном случае это зависит от вашего кода. Лучший способ - просто попробовать оба и посмотреть, какой лучше. Но:

переключатели обычно используют таблицы переходов, которые довольно компактны, если вы охватываете почти все случаи в диапазоне (0,1,2,3,4,..,100). if обычно используют последовательность инструкций, которые занимают больше байтов и циклов, чем запись в таблице переходов, но это имеет больше смысла, если у вас нет последовательных отрезков случаев.

Использование последовательного монитора. Серийный.print()

Я не думаю, что это имеет какое-то значение. Последовательные буферы крошечные (скажем, 64 байта или 128 для платы большего размера) и я считаю, что они выделяются независимо от того, используете ли вы Serial или нет.

Конечно, "буквальные строки, подобные этой" и буферы char[] потребляют память. Вы можете закомментировать их (или использовать #ifdef), когда они вам не нужны.

Поскольку вы спросили об традиционных способах, я собираюсь предложить традиционный метод. В данном случае более 50 лет.

Создать и проанализировать список.

Методология:

1. Скомпилируйте весь код с включенной отладкой (добавьте -g).

2. Связать код с включенной отладкой, создав исполняемый файл ELF. НЕ преобразовывайте в образ, загружаемый на Arduino.

3. используйте objdump, чтобы составить список. Мое использование этого чтения:

   ( avr-objdump --headers --source --disassemble --syms program.elf ; \
     avr-objdump --full-contents --section=.final_progmem program.elf ) > program.lst
   

   Ваше использование может варьироваться в зависимости от того, что вы предпочитаете видеть.

Суть в том, что это позволяет вам точно видеть, что использует каждый байт вашей памяти.

Возможно, вы захотите поиграть с различными оптимизациями, пока не поймете, что видите. -O0 обеспечивает наиболее понятную дизассемблирование, а -Os — наименьшую.

Один совет, основанный на этом: библиотеки Arduino предназначены для универсальности, а не для скорости и эффективности использования памяти.