Ein wichtiges Merkmal eines Compilers ist die Güte des erzeugten Codes.
Immerhin will man seine Hardware optimal nutzen, und die geschriebenen Programme sollen möglichst wenig Laufzeit brauchen und möglichst wenig Speicher – also RAM und Flash – belegen.
Ein Vergleich der erzeugten Codes ist jedoch nicht einfach, denn ein Problem kann bereits innerhalb ein und der selben Programmiersprache auf sehr unterschiedliche Art und Weisen formuliert oder gelöst werden.
Dieser Artikel versucht ansatzweise einen Codevergleich weit verbreiteter AVR-Compiler anhand sehr einfacher Aufgaben.
Ein Vergleich der Programmierung von Hardware-Komponenten und Peripherie wie UART- oder I2C-Module scheint dabei weniger interessant, denn obwohl die Codes zum Steuern dieser Komponente in unterschiedlichen Sprachen recht verschieden aussehen, werden sie doch auf die selben Maschinen-Codes abgebildet, die sich im wesentlichen auf das Setzen und Lesen von Registern (SFRs) reduzieren.
Interessanter erscheint ein Vergleich einfacher Aufgaben, die erkennen lassen, wie gut ein Compiler in der Lage ist, die Ressourcen eines AVR zu nutzen bzw. zu schonen.
Summer der ersten n Zahlen
Berechnet wird die Summe der ersten n Zahlen:
- [math]
\operatorname{sum}(n) \,=\, \sum_{k=0}^n k
\,=\, 1 + 2 + \ldots + n
[/math]
Für diese Berechnung gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Zahl 'n' wird als 16-Bit Zahl angegeben und das Ergebnis als 16-Bit-Zahl berechnet. Ein eventueller Überlauf wird nicht beachtet.
Der Code wird jeweils als eigene Funktion implementiert, um Abhängigkeiten vom umliegenden Code zu vermeiden.
Aufsummieren in einer Schleife
Quellcodes:
avr-gcc
unsigned int
sum_n_loop (unsigned int n)
{
unsigned int sum = 0;
unsigned int i;
for (i=n; i > 0; i--)
sum += i;
return sum;
}
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Compilat:
avr-gcc
sum_n_loop:
ldi r18,lo8(0)
ldi r19,hi8(0)
.L12:
sbiw r24,0
breq .L11
add r18,r24
adc r19,r25
sbiw r24,1
rjmp .L12
.L11:
movw r24,r18
ret
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Berechnung mit rekursiver Funktion
Quellcodes:
avr-gcc
unsigned int
sum_n_rekursiv (unsigned int n)
{
if (n == 0)
return 0;
return n + sum_n_rekursiv (n-1);
}
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Compilat:
avr-gcc
sum_n_rekursiv:
push r28
push r29
movw r28,r24
sbiw r24,0
breq .L13
sbiw r24,1
rcall sum_n_rekursiv
add r24,r28
adc r25,r29
.L13:
pop r29
pop r28
ret
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Berechnung durch Formel
Quellcodes:
avr-gcc
unsigned int
sum_n_formel (unsigned int n)
{
return n*(n+1) / 2;
}
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Compilat:
avr-gcc
sum_n_formel:
mul r24,r24
movw r18,r0
mul r24,r25
add r19,r0
mul r25,r24
add r19,r0
clr r1
add r18,r24
adc r19,r25
movw r24,r18
lsr r25
ror r24
ret
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