简析获取单片机代码运行时间的方法

畅学单片机 2019-04-16 10:45

单片机编程者需要知道自己的程序需要花费多长时间、while周期是多少、delay延时是否真如函数功能描述那样精确延时。很多时候,我们想知道这些参数,但是由于懒惰或者没有简单的办法,将这件事推到“明天”。笔者提出了一种简便的测试方法,可以解决这些问题。

测试代码的运行时间的思路:

使用单片机内部定时器,在待测程序段的开始启动定时器,在待测程序段的结尾关闭定时器。为了测量的准确性,要进行多次测量,并进行平均取值。

借助示波器的方法是:在待测程序段的开始阶段使单片机的一个GPIO输出高电平,在待测程序段的结尾阶段再令这个GPIO输出低电平。用示波器通过检查高电平的时间长度,就知道了这段代码的运行时间。显然,借助于示波器的方法更为简便。

以下内容为这两种方案的实例,以STM32为测试平台。如果读者是在另外的硬件平台上测试,实际也不难,思路都是一样的,自己可以编写对应的测试代码。

借助示波器方法的实例

Delay_us函数使用STM32系统滴答定时器实现

#include "systick.h"

/* SystemFrequency / 1000 1ms中断一次

* SystemFrequency / 100000 10us中断一次

* SystemFrequency / 1000000 1us中断一次

*/

#define SYSTICKPERIOD 0.000001

#define SYSTICKFREQUENCY (1/SYSTICKPERIOD)

/**

* @brief 读取SysTick的状态位COUNTFLAG

* @param 无

* @retval The new state of USART_FLAG (SET or RESET).

*/

static FlagStatus SysTick_GetFlagStatus(void)

{

if(SysTick->CTRL&SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk)

{

return SET;

}

else

{

return RESET;

}

}

/**

* @brief 配置系统滴答定时器 SysTick

* @param 无

* @retval 1 = faiLED, 0 = successful

*/

uint32_t SysTick_Init(void)

{

/* 设置定时周期为1us */

if (SysTick_Config(SystemCoreClock / SYSTICKFREQUENCY))

{

/* Capture error */

return (1);

}

/* 关闭滴答定时器且禁止中断 */

SysTick->CTRL &= ~ (SysTick_CTRL_ENABLE_Msk | SysTick_CTRL_TICKINT_Msk);

return (0);

}

/**

* @brief us延时程序,10us为一个单位

* @param

* @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us

* @retval 无

*/

void Delay_us(__IO uint32_t nTime)

{

/* 清零计数器并使能滴答定时器 */

SysTick->VAL = 0;

SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

for( ; nTime > 0 ; nTime--)

{

/* 等待一个延时单位的结束 */

while(SysTick_GetFlagStatus() != SET);

}

/* 关闭滴答定时器 */

SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

}

检验Delay_us执行时间中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置

#ifndef __GPIO_H

#define __GPIO_H

#include "stm32f10x.h"

#define LOW 0

#define HIGH 1

/* 带参宏,可以像内联函数一样使用 */

#define TX(a) if (a) \

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);\

else \

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)

void GPIO_Config(void);

#endif

#include "gpio.h"

/**

* @brief 初始化GPIO

* @param 无

* @retval 无

*/

void GPIO_Config(void)

{

/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/*开启LED的外设时钟*/

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

}

在main函数中检验Delay_us的执行时间

#include "systick.h"

#include "gpio.h"

/**

* @brief 主函数

* @param 无

* @retval 无

*/

int main(void)

{

GPIO_Config();

/* 配置SysTick定时周期为1us */

SysTick_Init();

for(;;)

{

TX(HIGH);

Delay_us(1);

TX(LOW);

Delay_us(100);

}

}

示波器的观察结果


可见Delay_us(100),执行了大概102us,而Delay_us(1)执行了2.2us。

更改一下main函数的延时参数

int main(void)

{

/* LED 端口初始化 */

GPIO_Config();

/* 配置SysTick定时周期为1us */

SysTick_Init();

for(;;)

{

TX(HIGH);

Delay_us(10);

TX(LOW);

Delay_us(100);

}

}

示波器的观察结果


可见Delay_us(100),执行了大概101us,而Delay_us(10)执行了11.4us。

结论:此延时函数基本上还是可靠的。

使用定时器方法的实例

至于使用定时器方法,软件检测程序段的执行时间,程序实现思路见STM32之系统滴答定时器。笔者已经将检查软件的使用封装成库,使用方法在链接文章中也有介绍。我们这里只做一下简要的实践活动。

Delay_us函数使用STM32定时器2实现

#include "timer.h"

/* SystemFrequency / 1000 1ms中断一次

* SystemFrequency / 100000 10us中断一次

* SystemFrequency / 1000000 1us中断一次

*/

#define SYSTICKPERIOD 0.000001

#define SYSTICKFREQUENCY (1/SYSTICKPERIOD)

/**

* @brief 定时器2的初始化,,定时周期1uS

* @param 无

* @retval 无

*/

void TIM2_Init(void)

{

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

/*AHB = 72MHz,RCC_CFGR的PPRE1 = 2,所以APB1 = 36MHz,TIM2CLK = APB1*2 = 72MHz */

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

/* Time base configuration */

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = SystemCoreClock/SYSTICKFREQUENCY -1;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);

/* 设置更新请求源只在计数器上溢或下溢时产生中断 */

TIM_UpdateRequestConfig(TIM2,TIM_UpdateSource_Global);

TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

}

/**

* @brief us延时程序,10us为一个单位

* @param

* @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us

* @retval 无

*/

void Delay_us(__IO uint32_t nTime)

{

/* 清零计数器并使能滴答定时器 */

TIM2->CNT = 0;

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

for( ; nTime > 0 ; nTime--)

{

/* 等待一个延时单位的结束 */

while(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) != SET);

TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

}

TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);

}

在main函数中检验Delay_us的执行时间

#include "stm32f10x.h"

#include "Timer_Drive.h"

#include "gpio.h"

#include "systick.h"

TimingVarTypeDef Time;

int main(void)

{

TIM2_Init();

SysTick_Init();

SysTick_Time_Init(&Time);

for(;;)

{

SysTick_Time_Start();

Delay_us(1000);

SysTick_Time_Stop();

}

}

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