原创 ZRtech专题--如何减少NIOS程序代码量

 2010-6-30 07:47  7472 7 7 分类: FPGA/CPLD

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用过NIOS的朋友都会体会到NIOS那笨拙的编译器编译出的代码有多么庞大。没有SDRAM的FPGA系统想架构NIOS是一件多么困难的事情，因为仅仅一句printf就要占去几十K的存储空间，真是让人望而却步。今天我们这个专题就是为那些没有SDRAM却又想试试NIOS强大功能的朋友们准备的。

如何减少代码量

废话少说，切入正题：NIOS减小代码量的方法有很多，大家按照如下设置，就可以轻松将自己的C代码优化到最小尺寸。

1.采用alt_main( )作为程序入口

NiosII处理器的启动可采用两种方式：自动初始化和用户自定义初始化。ANSI C标准定义应用程序可以通过调用main()来开始执行。在调用main()之前，应用程序假定运行环境和所有的服务系统都被初始化并准备运行。初始化可以被硬件抽象层（HAL）系统库自动执行。程序员不需要考虑系统的输出设备以及如何初始化每一个外设，HAL会自动初始化整个系统。

HAL提供的系统初始化代码按以下启动顺序运行：

① 启动指令和数据高速缓冲存储器；
② 配置堆栈；
③ 配置全局指针；
④ 通过链接器提供的_bss_start和_bss_end来零初始化BSS层，_bss_start和_bss_end 是开始和结束BSS的命令；
⑤ 如果当前系统没有启动下载器，就复制.rwdata、.rodata，或者剩下的部分到RAM；
⑥ 调用alt_main()。

如果不调用alt_main()函数，则系统默认运行步骤如下：

① 调用ALT_OS_INIT()来执行任何操作系统所特有的初始化。如果HAL是在操作系统里运行的，那么初始化alt_fd_list_lock命令。它可以控制访问HAL文件系统，初始化中断控制器并执行中断；
② 调用alt_sys_init()函数，以初始化系统里所有的驱动装置和软件组成部分；
③ 重新设置C标准I/O通道（stdin，stdout，stderr）,以使用合适的器件
④ 调用main()；
⑤ 调用exit()，main()的返回代码作为exit()的输入。

看看吧，如果不编写自己的alt_main()函数，NIOS将会默认执行所有的初始化过程，显然耗费了大量的初始化代码。所以如果我们够牛，或者我们的程序使用的硬件足够容易，能手动初始化任何所用的硬件。则可以采用alt_main()函数完全控制系统的初始化，手动编写初始化系统的代码以减小代码量，其格式如下

int main (void) __attribute__ ((weak, alias ("alt_main")));

int alt_main (void)
{
…..
}

使用独立式编程环境会增加NiosII程序编写的复杂性。独立式编程环境的主要作用在于减小代码量，但要使用这种方法，需要对NiosII处理器的外设和驱动编写都非常熟悉才行。所以啊，为了少出问题，最好大家谨慎使用。比如如果使用了alt_main，则中断控制器必须手动初始化，在alt_main开始加入alt_irq_init (ALT_IRQ_BASE)才行。但是当用main代替alt_main时，不需要alt_irq_init 中断也能运行。所以使用好这一招还是比较麻烦的。不过别担心，在NiosII IDE中也可以通过某些选项来减小HAL系统库容量，从而达到减小代码量的目的，那可是完全傻瓜化，比使用独立式编程环境容易得多。

2. 打开编译器优化选项

在nios2-elf-gcc编译器中使用“-O3”选项，代码可以被最大限度地优化，包括代码的大小和执行速度。需要注意的是，编译器优化可能会带来一些意想不到的结果。另外，必须在用户工程和系统库中都使用-O3选项，如图所示。

3 使用小封装的驱动库与C语言库等

HAL为处理器的外设提供了两种驱动库：一种是执行速度快，但代码量大的版本；另一种是小封装版本。默认情况下，HAL系统使用是代码量大的版本。可以选择Reduced device drivers选项来选择小封装版本，从而减小代码量。

完整的ANSI C标准库通常不适用于嵌入式系统，HAL提供了一系列经过裁减的新的ANSI C标准库，占用非常小的代码量。可以选择Small C library选项来选择新的ANSI C标准库，此外还推荐勾选如图配置，Program never exits表示程序永远不会结束，则系统可以省去exit代码，还有最好使用纯C语言编程，不要使用C++。

4 去掉不使用的驱动库

当NiosII系统中有外设时，NiosII IDE认为这些设备需要驱动，因此在HAL系统中加入了相应的驱动库。如果在用户的程序中并不需要使用到这些外设，也可以在初始化时不加载这些驱动库。当用户的程序并没有使用到NiosII系统中某些设备时，应在系统中将这些设备完全移除。这样，既可以减小软件代码量，又可以减少占用的FPGA资源。

测试与总结

拿个例子测试一下吧，最简单的流水灯吧。不去优化它，编译一下….

晕死，怎么那么大，4KB的片内存储器都放不下，疯了，居然还差1104B….