嵌入式系统的C语言是基于Dennis Ritchie在1971年为UNIX系统开发的C语言进行延伸和适应的一种编程语言。它之所以被广泛用于嵌入式系统开发,主要有以下几个原因:
1. **跨平台性**:C语言的设计使其具有高度的通用性,一个未经修改的C程序可以在多种不同的硬件平台上运行,这是其最大的优点。由于它的中等复杂度,它结合了高级语言的易用性和汇编语言的底层控制。
2. **灵活性与功能强大**:C语言提供了丰富的灵活性,允许程序员根据需要调整程序,无论是高级的控制结构还是低级别的位操作,都相对容易实现。它的松类型系统让程序员能够清晰地表达意图,同时保留对底层硬件的理解。
3. **挑战与限制**:然而,使用C进行嵌入式系统开发也存在一些问题,如可能导致代码冗余和效率低下(如printf、scanf等标准输入输出函数),内存管理(malloc、alloc等)的复杂性,以及堆栈和数据存储位置的管理等。此外,C在编写中断服务程序时可能会遇到困难。
4. **ANSIC与8位微控制器**:针对嵌入式系统的特定需求,ANSIC可能不够适用,特别是对于那些需要频繁使用中断、寄存器寻址和特定硬件支持的8位微控制器。ANSIC的规则和特性可能会影响性能,而C在某些硬件上的局限性也需要克服。
5. **打破传统C范例**:为了优化低端8位微控制器上的代码大小,开发者需要打破一些常规的C编程规则,比如开关全局中断、使用GOTO语句、利用全局寄存器和指针等,以适应资源有限的环境。
6. **嵌入式编程环境的特点**:嵌入式开发与桌面应用有显著区别,需要处理的资源受限(如RAM、ROM、栈空间)、面向硬件编程的需求、严格的定时任务管理,以及多样化的指针类型和特殊的关键字和标识符。
7. **汇编与C的关系**:尽管C提供了更高层次的抽象,但高效的嵌入式代码往往依赖于写出易于编译成高质量汇编的C代码。编译器在此过程中起到关键作用,但程序员需要理解两者之间的转换过程,确保代码性能。
嵌入式系统的C语言开发是一项平衡艺术,既要利用C的灵活性和功能,又要针对特定硬件平台的限制进行优化。通过理解和掌握这些原则,开发者可以更有效地构建出高效、稳定的嵌入式系统应用。