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簡析如何獲取單片機代碼運行時間的方法

GReq_mcu168 ? 來源:博客園 ? 作者:amanlikethis ? 2021-04-20 11:11 ? 次閱讀

前言

單片機編程者需要知道自己的程序需要花費多長時間、while周期是多少、delay延時是否真如函數功能描述那樣精確延時。

很多時候,我們想知道這些參數,但是由于懶惰或者沒有簡單的辦法,將這件事推到“明天”。筆者提出了一種簡便的測試方法,可以解決這些問題。

測試代碼的運行時間的兩種方法:

使用單片機內部定時器,在待測程序段的開始啟動定時器,在待測程序段的結尾關閉定時器。為了測量的準確性,要進行多次測量,并進行平均取值。

借助示波器的方法是:在待測程序段的開始階段使單片機的一個GPIO輸出高電平,在待測程序段的結尾階段再令這個GPIO輸出低電平。用示波器通過檢查高電平的時間長度,就知道了這段代碼的運行時間。顯然,借助于示波器的方法更為簡便。

以下內容為這兩種方案的實例,以STM32為測試平臺。如果讀者是在另外的硬件平臺上測試,實際也不難,思路都是一樣的,自己可以編寫對應的測試代碼。

借助示波器方法的實例

Delay_us函數使用STM32系統滴答定時器實現:

#include “systick.h”

/* SystemFrequency / 1000 1ms中斷一次

* SystemFrequency / 100000 10us中斷一次

* SystemFrequency / 1000000 1us中斷一次

*/

#define SYSTICKPERIOD 0.000001

#define SYSTICKFREQUENCY (1/SYSTICKPERIOD)

/**

* @brief 讀取SysTick的狀態位COUNTFLAG

* @param

* @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 配置系統滴答定時器 SysTick

* @param 無

* @retval 1 = failed, 0 = successful

*/

uint32_t SysTick_Init(void)

{

/* 設置定時周期為1us */

if (SysTick_Config(SystemCoreClock / SYSTICKFREQUENCY))

{

/* Capture error */

return (1);

}

/* 關閉滴答定時器且禁止中斷 */

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

return (0);

}

/**

* @brief us延時程序,10us為一個單位

* @param

* @arg nTime: Delay_us( 10 ) 則實現的延時為 10 * 1us = 10us

* @retval 無

*/

void Delay_us(__IO uint32_t nTime)

{

/* 清零計數器并使能滴答定時器 */

SysTick-》VAL = 0;

SysTick-》CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

for( ; nTime 》 0 ; nTime--)

{

/* 等待一個延時單位的結束 */

while(SysTick_GetFlagStatus() != SET);

}

/* 關閉滴答定時器 */

SysTick-》CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

}

檢驗Delay_us執行時間中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置:

#ifndef __GPIO_H

#define __GPIO_H

#include “stm32f10x.h”

#define LOW 0

#define HIGH 1

/* 帶參宏,可以像內聯函數一樣使用 */

#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 無

* @retval 無

*/

void GPIO_Config(void)

{

/*定義一個GPIO_InitTypeDef類型的結構體*/

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/*開啟LED的外設時鐘*/

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函數中檢驗Delay_us的執行時間:

#include “systick.h”

#include “gpio.h”

/**

* @brief 主函數

* @param 無

* @retval 無

*/

int main(void)

{

GPIO_Config();

/* 配置SysTick定時周期為1us */

SysTick_Init();

for(;;)

{

TX(HIGH);

Delay_us(1);

TX(LOW);

Delay_us(100);

}

}

示波器的觀察結果

可見Delay_us(100),執行了大概102us,而Delay_us(1)執行了2.2us。

更改一下main函數的延時參數:

int main(void)

{

/* LED 端口初始化 */

GPIO_Config();

/* 配置SysTick定時周期為1us */

SysTick_Init();

for(;;)

{

TX(HIGH);

Delay_us(10);

TX(LOW);

Delay_us(100);

}

}

示波器的觀察結果:

可見Delay_us(100),執行了大概101us,而Delay_us(10)執行了11.4us。

結論:此延時函數基本上還是可靠的。

使用定時器方法的實例

至于使用定時器方法,軟件檢測程序段的執行時間,程序實現思路見STM32之系統滴答定時器:

http://www.cnblogs.com/amanlikethis/p/3730205.html

筆者已經將檢查軟件的使用封裝成庫,使用方法在鏈接文章中也有介紹。我們這里只做一下簡要的實踐活動。

Delay_us函數使用STM32定時器2實現:

#include “timer.h”

/* SystemFrequency / 1000 1ms中斷一次

* SystemFrequency / 100000 10us中斷一次

* SystemFrequency / 1000000 1us中斷一次

*/

#define SYSTICKPERIOD 0.000001

#define SYSTICKFREQUENCY (1/SYSTICKPERIOD)

/**

* @brief 定時器2的初始化,,定時周期1uS

* @param 無

* @retval 無

*/

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);

/* 設置更新請求源只在計數器上溢或下溢時產生中斷 */

TIM_UpdateRequestConfig(TIM2,TIM_UpdateSource_Global);

TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

}

/**

* @brief us延時程序,10us為一個單位

* @param

* @arg nTime: Delay_us( 10 ) 則實現的延時為 10 * 1us = 10us

* @retval 無

*/

void Delay_us(__IO uint32_t nTime)

{

/* 清零計數器并使能滴答定時器 */

TIM2-》CNT = 0;

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

for( ; nTime 》 0 ; nTime--)

{

/* 等待一個延時單位的結束 */

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

TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);

}

TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);

}

在main函數中檢驗Delay_us的執行時間:

#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();

}

}

怎么去看檢測結果呢?用調試的辦法,打開調試界面后,將Time變量添加到Watch一欄中。然后全速運行程序,既可以看到Time中保存變量的變化情況,其中TimeWidthAvrage就是最終的結果。

可以看到TimeWidthAvrage的值等于0x119B8,十進制數對應72120,滴答定時器的一個滴答為1/72M(s),所以Delay_us(1000)的執行時間就是72120*1/72M (s) = 0.001001s,也就是1ms。驗證成功。

備注:定時器方法輸出檢測結果有待改善,你可以把得到的TimeWidthAvrage轉換成時間(以us、ms、s)為單位,然后通過串口打印出來,不過這部分工作對于經常使用調試的人員來說也可有可無。

兩種方法對比

軟件測試方法:

操作起來復雜,由于在原代碼基礎上增加了測試代碼,可能會影響到原代碼的工作,測試可靠性相對較低。由于使用32位的變量保存systick的計數次數,計時的最大長度可以達到2^32/72M = 59.65 s。

示波器方法

操作簡單,在原代碼基礎上幾乎沒有增加代碼,測試可靠性很高。由于示波器的顯示能力有限,超過1s以上的程序段,計時效果不是很理想。但是,通常的單片機程序實時性要求很高,一般不會出現程序段時間超過秒級的情況。

綜合對比,推薦使用示波器方法。

編輯:jq

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原文標題:實用 | 獲取單片機代碼運行時間的方法

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