我是潘，曾經是個工程師。這是為Ardui.Co 製作的 “Arduino 魔法書” 系列的專欄。從現在開始，我將嘗試通過各種方式，去挖掘Arduino的潛能極限。本篇將探討如何利用底層代碼，讓程序變得更小、讓 Arduino 變得更高效，進而讓產品更可靠。
任何機器只能認1和0，二進制是最基礎的機器語言，但從人類的角度來看，幾乎不可能用二進制代碼來編程，效率太低。所以需要更通俗易懂的“高級”語言，C語言就是其中一種，而Arduino的編程語言就是通過C語言的簡化、演變過來。
當編寫好程序後，編譯器（內置在Arduino IDE中）就可以把高級語言，翻譯成機器能懂的二進制代碼。但這個過程存在一個弊端，編譯器總是無法翻譯出最優的代碼，要麼體積臃腫，要麼各種資源浪費。如果我們希望程序變得更高效，就必須往底層深入。
但別誤會，我們不會直接寫二進制代碼。其實，C語言已非常接近底層，只要通過 Arduino 兼容C語言的特性，即可讓程序得到不錯的優化，讓Arduino 的資源有效利用，大幅提升執行效率。
Arduino UNO 的 ROM 空間只有 32K 極為有限，如果你編寫程序時，發現空間不夠，別急著買更高級的板子，而是先看看你的代碼，是否還有壓縮和改進的空間。現在我們嘗試一下，將最簡單的示例程序 Blink （LED閃爍）優化，看看能壓縮多少空間出來。
編譯後，Arduino IDE 會給出二進制代碼的大小，因此我們能直接看到改進的空間：
示例Blink 程序編譯後，二進制代碼的大小是928字節，佔用了Arduino UNO 總空間的2%。
壓縮這個程序前，先看看它是怎樣運作的：
1、配置數字引腳 D13 為輸出；
2、改變這個輸出引腳的狀態，LED亮或滅；
3、暫停一下讓人感知亮/滅時間，然後回到第2步。
這個程序為了初學者明白易懂，所以沒有做任何優化，每一步都清晰簡單：點亮LED，停留一段時間，關閉LED，停留一段時間，再重複。不過，點亮和關閉也可以用一個抽象概念來代替——翻轉LED的狀態。明白這點後，這程序起碼可以壓縮一半。
必須要 pinMode() 嗎？
我們先拿pinMode()函數來開刀，如果把它註釋掉，程序從928字節，減少到864字節，也就是說pinMode() 佔用了64字節的空間。
但沒有pinMode() 引腳就會一直處於輸入狀態。此時，引腳抗阻極高，即使其電平可以被控制，但也無法驅動LED。用什麼底層代碼來實現 pinMode() 的效果呢？首先，我們先得了解pinMode() 的工作原理。
Arduino 基於 Atmel AVR 單片機簡化而來。不同的 AVR 單片機具有不同數量的端口，每個端口有一定數量的引腳。同時，每個端口也關聯著一個數據方向寄存器（data direction register，即DDRx）。
DDRx 決定了端口上不同引腳的輸入輸出狀態。例如，端口 A 有 6 個引腳，給寄存器賦值 000001 的話，前面4個引腳，都是輸入狀態，最後一個引腳則為輸出狀態。pinMode() 簡化將指定端口、寄存器賦值兩個過程完全省略了。我們只要告訴它，某個引腳的狀態，它就會設定設定好。
現在用 bitSet(DDRB, 5) 來代替它。LED的引腳D13 對應 AVR 的是端口B，第5個引腳，因此，我們設置端口B的寄存器 DDRB的第5位為1，即可以設置D13為輸出狀態。
此時D13為輸出狀態了，但程序空間只增加了2字節。不過，bitSet() 為何那麼神奇呢？因為他不是一個函數，而只是一個宏定義。他被包含在編譯器的 wiring.h 頭文件中，它的定義和Arduino 的代碼一起被打包。
這個函數需要兩個參數：值（value）和位（bit）。bitSet(DDRB, 5)，在Arduino 編譯時，會直接替換成C語言： DDRB |= 1<<5，其含義是,將DDRB的第5位置位（賦值1）。“I=” 是一個複合賦值運算符，表示按“位”運算，“<
簡單的語句替換，就把笨重的pinMode()佔用的空間節省出來了。 不過，前提是你很熟悉 Arduino 的端口、引腳和C語言的表達。
digitalWrite() 太費力
digitalWrite()雖然很方便，但是代價卻相當大，如果把它註釋掉，足足釋放了226個字節的空間：
Blink 程序的原理是點亮LED，停留一段時間，再熄滅，停留一段時間，再點亮。這個亮-滅交替的過程可以看作是輸出引腳在翻轉。
對於 ATmage168 或者以上型號的芯片，AVR的翻轉方式很簡單，只要向輸入寄存器的地址寫入一個１即可，但對於老的型號ATmega8/16/32則無效。
如果將digitalWrite()函數都換成bitSet(PINB,5)；那麼空間可以大幅縮少至：644個字節，只用了4個字節就完成 digitalWrite() 的功能。
程序足夠精簡了嗎？不，loop() 本身就是一個循環，每次循環 LED 都可以翻轉，即亮滅替換，因此loop() 中可以進一步精簡，去掉一個 bitSet(PINB, 5)和delay(1000)，效果完全是一樣的，但節約了44字節。
更有效地浪費時間
delay() 純粹為了浪費時間，但也非常浪費系統空間，註釋掉之後系統減少了152個字節，堪比 digitalWrite()。
while(timer0_millis < 1000); // 如果 timer0_millis每一毫秒加1，如果不到1000，就一直執行循環；timer0_millis = 0; // 將 timer0_millis 復位置0，下一個loop() 時重新計數；
這個計數方法使得millis()、delay() 函數完全失效了，因為這些函數都是基於timer0來實現的。
經這一番壓縮，最後Blink 從 928字節壓縮到490字節，差不多隻有原來一半大小，現在你還急著購買空間更大、價格更高的芯片嗎？
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