QMK firmwareでプログラムのサイズを小さくするテクニック、ケチケチプログラミングの方法 (QMK firmware How to Reduce Program Size、Reducing QMK firmware size)

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・2021/11/07

QMK firmwareでプログラムのサイズを小さくするテクニック、ケチケチプログラミングの方法

(QMK firmware How to Reduce Program Size、Reducing QMK firmware size)

Tags: [電子工作], [QMK]

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● QMK firmwareでプログラムのサイズを小さくするテクニック、ケチケチプログラミングの方法

　QMK firmware How to Reduce Program Size、Reducing QMK firmware size

　QMKで良く使われる Pro Micro基板の ATmega32U4はプログラム領域が 32Kbyteです。

　そして QMK firmwareで複数の機能を有効にすると、すぐに 32KBを超えてしまいます。

　※ ブートローダー領域が 4KB有るので、実際には 28KB（28672bytes）が使用可能な上限値です。

Checking file size of handwired_freewing_test_qmk_default.hex
 * The firmware is too large! 29202/28672 (530 bytes over)
 [ERRORS]

　そこで、少しでも QMKのファームウェアのプログラムサイズを少なくするケチケチプログラミングテクニックを紹介します。

How to Reduce Program Size Reducing QMK firmware size with Pro Micro

● Audio機能を使う時 NO_MUSIC_MODE 2532バイトの得

　Reduce about 2000 byte
　22542 - 20010 = Reduce 2532 byte

config.h

#ifdef AUDIO_ENABLE
   #define AUDIO_PIN C6
#endif
Checking file size of handwired_freewing_test_audio_default.hex [OK]
 * The firmware size is fine - 22542/28672 (78%, 6130 bytes free)

config.h

#ifdef AUDIO_ENABLE
   #define AUDIO_PIN C6
   #define NO_MUSIC_MODE // Save 2000 bytes
#endif
Checking file size of handwired_freewing_test_audio_default.hex [OK]
 * The firmware size is fine - 20010/28672 (69%, 8662 bytes free)

●ポインタを使う 6バイトの得

　21406 - 21400 = Reduce 6 byte

// MATRIX_ROWS = 18
// MATRIX_COLS = 8
// matrix_row_t = uint8_t
bool matrix_scan_custom(matrix_row_t current_matrix[]) {
    bool matrix_has_changed = false;

    for (uint8_t row = 0; row < MATRIX_ROWS; ++row) {
        matrix_row_t now_rows = read_rows(row);
        if (current_matrix[row] != now_rows) {
            current_matrix[row] = now_rows;
            matrix_has_changed = true;
        }
    }

    return matrix_has_changed;
}
Checking file size of handwired_freewing_fcm084_default.hex      [OK]
 * The firmware size is fine - 21406/28672 (74%, 7266 bytes free)

// MATRIX_ROWS = 18
// MATRIX_COLS = 8
// matrix_row_t = uint8_t
bool matrix_scan_custom(matrix_row_t current_matrix[]) {
    bool matrix_has_changed = false;

    matrix_row_t* p = current_matrix;

    for (uint8_t row = 0; row < MATRIX_ROWS; ++row) {
        matrix_row_t now_rows = read_rows(row);
        if (*p != now_rows) {
            *p = now_rows;
            matrix_has_changed = true;
        }
        ++p;
    }

    return matrix_has_changed;
}
Checking file size of handwired_freewing_fcm084_default.hex      [OK]
 * The firmware size is fine - 21400/28672 (74%, 7272 bytes free)

●三項演算子を使う 12バイトの得

　21328 - 21316 = Reduce 12 byte

        if (readPin(inputPin)) {
            rows |= 1;
        }
Checking file size of handwired_freewing_fcm084_default.hex    [OK]
 * The firmware size is fine - 21328/28672 (74%, 7344 bytes free)

        rows |= (readPin(inputPin) ? 0 : 1);
Checking file size of handwired_freewing_fcm084_default.hex    [OK]
 * The firmware size is fine - 21316/28672 (74%, 7356 bytes free)

● LTO_ENABLE = yes 3120バイトの得

　24564 - 21444 = Reduce 3120 byte

rules.mk

# LINK_TIME_OPTIMIZATION_ENABLE = no
# LTO_ENABLE = no # Config Option Link Time Optimization

Checking file size of handwired_freewing_fcm084_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 24564/28672 (85%, 4108 bytes free)

rules.mk

# LINK_TIME_OPTIMIZATION_ENABLE = yes
LTO_ENABLE = yes # Config Option Link Time Optimization

Checking file size of handwired_freewing_fcm084_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 21444/28672 (74%, 7228 bytes free)

●変数の外出し 2バイトの得

　25904 - 25902 = Reduce 2 byte

　and_rowの所。

    matrix_row_t* p = current_matrix;
    for (uint8_t row = 0; row < MATRIX_ROWS; ++row) {

        matrix_row_t now_rows = 0;
        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & (1<<row)) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25904/28672 (90%, 2768 bytes free)

    matrix_row_t* p = current_matrix;
    for (uint8_t row = 0; row < MATRIX_ROWS; ++row) {

        matrix_row_t and_row = (1<<row);
        matrix_row_t now_rows = 0;
        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

●定数に 1を使う 2バイトの得

　25904 - 25902 = Reduce 2 byte

　三項演算子の ? 0 : 1の所。

        matrix_row_t and_row = (1<<row);
        matrix_row_t now_rows = 0;
        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows >>= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 0x80);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25904/28672 (90%, 2768 bytes free)

        matrix_row_t and_row = (1<<row);
        matrix_row_t now_rows = 0;
        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

●二重ループ側の for文の数値を変更する 4バイトの得

　26004 - 26000 = Reduce 4 byte

    for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS - 1; ++col) {
        ...
        for (uint8_t col2 = col + 1; col2 < MATRIX_COLS; ++col2) {
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 26004/28672 (90%, 2668 bytes free)

    for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS - 1; ++col) {
        ...
        for (uint8_t col2 = MATRIX_COLS - 1; col2 > col; --col2) {
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 26000/28672 (90%, 2672 bytes free)

● forループ側の数値を最適化する 216バイトの得

　25902 - 25686 = Reduce 216 byte

　但し、ビルドしたものが動かない。
　原因： unsigned charなのでマイナス値にならないから！

        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

        for (uint8_t col = MATRIX_COLS - 1; col >= 0; --col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25686/28672 (89%, 2986 bytes free)

● forループ側の数値を最適化する変化無し（上記の修正版）

　25902 - 25902 = Reduce 0 byte

　上記の修正版

        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

        for (uint8_t col = MATRIX_COLS - 1; col >= MATRIX_COLS; --col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

        for (int8_t col = MATRIX_COLS - 1; col >= 0; --col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

● forループを whileで置き換える変化無し

　25902 - 25902 = Reduce 0 byte

        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

        uint8_t col = 0;
        while (col < MATRIX_COLS) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col++ - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

        int8_t col = -1;
        while (++col  < MATRIX_COLS) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25904/28672 (90%, 2768 bytes free)

● forループを whileで置き換える変化無し

　25902 - 25902 = Reduce 0 byte

    for (uint8_t row = 0; row < MATRIX_ROWS; ++row) {
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

    uint8_t row = -1;
    while (++row < MATRIX_ROWS) {
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

● forループの記述を逆にする駄目

　25880 - 25888 = Reduce -8 byte

        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25880/28672 (90%, 2792 bytes free)

        for (uint8_t col = MATRIX_COLS - 1; col < MATRIX_COLS; --col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25888/28672 (90%, 2784 bytes free)

● forループを whileで置き換えて数値を最適化する駄目

　25880 - 25882 = Reduce -2 byte

        for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[MATRIX_COLS - col - 1] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25880/28672 (90%, 2792 bytes free)

        uint8_t col = MATRIX_COLS;
        while (--col < MATRIX_COLS) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25890/28672 (90%, 2782 bytes free)

        int8_t col = MATRIX_COLS;
        while (--col >= 0) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25882/28672 (90%, 2790 bytes free)

●三項演算子を置き換える変化無し

　25902 - 25902 = Reduce 0 byte

        matrix_row_t and_row = (1<<row);
        while (--col < 0) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 0 : 1);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

        matrix_row_t and_row = (1<<row);
        while (--col < 0) {
            now_rows <<= 1;
            now_rows |= ((tmp[col] & and_row)>>row);
        }
Checking file size of handwired_freewing_test_expand_io_i2c_default.hex   [OK]
 * The firmware size is fine - 25902/28672 (90%, 2770 bytes free)

● QMK公式 AVRを最大限に活用する

Squeezing the most out of AVR

　AVRはリソースに深刻な制約があり、QMKが成長し続けるにつれて、新しい開発がこれらの制約に適合できないため、AVRのサポートをレガシーステータスに移行する必要があるかもしれないポイントに近づいています。

　ただし、ファームウェアのコンパイル済みサイズを減らす必要がある場合は、それを行うためのいくつかのオプションがあります。

● rules.mk Settings

LTO_ENABLE = yes

CONSOLE_ENABLE = no
COMMAND_ENABLE = no
MOUSEKEY_ENABLE = no
EXTRAKEY_ENABLE = no

SPACE_CADET_ENABLE = no
GRAVE_ESC_ENABLE = no
MAGIC_ENABLE = no

MUSIC_ENABLE = no

● config.h Settings

#undef LOCKING_SUPPORT_ENABLE
#undef LOCKING_RESYNC_ENABLE

#define NO_ACTION_ONESHOT

#define NO_ACTION_TAPPING

#define NO_MUSIC_MODE

#define LAYER_STATE_8BIT
#define LAYER_STATE_16BIT
#define NO_ACTION_LAYER

● sprintf or snprintfを別の関数で置き換え

    // OLD CODE
    char wpm_str[4] = {0};
    sprintf(wpm_str, "WPM: %03d", get_current_wpm());
    oled_write(wpm_str, ' '), false);
to
    // NEW CODE
    oled_write_P(PSTR("WPM: "), false);
    oled_write(get_u8_str(get_current_wpm(), ' '), false);
or
    // NEW CODE
    oled_write_P(PSTR("WPM: "), false);
    oled_write(get_u8_str(get_current_wpm(), '0'), false);

Tags: [電子工作], [QMK]

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