簡析如何獲取單片機代碼運行時間的方法

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(shù)功能描述那樣精確延時。

很多時候，我們想知道這些參數(shù)，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(nèi)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(jié)尾關(guān)閉定時器。為了測量的準(zhǔn)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(jié)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(nèi)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(yīng)的測試代碼。

借助示波器方法的實例

Delay_us函數(shù)使用STM32系統(tǒng)滴答定時器實現(xiàn)：

#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(tài)位COUNTFLAG

* @param 無

* @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(tǒng)滴答定時器 SysTick

* @param 無

* @retval 1 = failed， 0 = successful

*/

uint32_t SysTick_Init（void）

{

/* 設(shè)置定時周期為1us */

if （SysTick_Config（SystemCoreClock / SYSTICKFREQUENCY））

{

/* Capture error */

return （1）;

}

/* 關(guān)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(xiàn)的延時為 10 * 1us = 10us

* @retval 無

*/

void Delay_us（__IO uint32_t nTime）

{

/* 清零計數(shù)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(jié)束 */

while（SysTick_GetFlagStatus（） ！= SET）;

}

/* 關(guān)閉滴答定時器 */

SysTick-》CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

}

檢驗Delay_us執(zhí)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(nèi)聯(lián)函數(shù)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(jié)構(gòu)體*/

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/*開啟LED的外設(shè)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(shù)中檢驗Delay_us的執(zhí)行時間：

#include “systick.h”

#include “gpio.h”

/**

* @brief 主函數(shù)

* @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(jié)果：

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

更改一下main函數(shù)的延時參數(shù)：

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(jié)果：

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

結(jié)論：此延時函數(shù)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(zhí)行時間，程序?qū)崿F(xiàn)思路見STM32之系統(tǒng)滴答定時器：

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

筆者已經(jīng)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(shù)使用STM32定時器2實現(xiàn)：

#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(shè)置更新請求源只在計數(shù)器上溢或下溢時產(chǎn)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(xiàn)的延時為 10 * 1us = 10us

* @retval 無

*/

void Delay_us（__IO uint32_t nTime）

{

/* 清零計數(shù)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(jié)束 */

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

TIM_ClearFlag（TIM2， TIM_FLAG_Update）;

}

TIM_Cmd（TIM2， DISABLE）;

}

在main函數(shù)中檢驗Delay_us的執(zhí)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(jié)果呢？用調(diào)試的辦法，打開調(diào)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(jié)果。

可以看到TimeWidthAvrage的值等于0x119B8，十進制數(shù)對應(yīng)72120，滴答定時器的一個滴答為1/72M（s），所以Delay_us（1000）的執(zhí)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(jié)果有待改善，你可以把得到的TimeWidthAvrage轉(zhuǎn)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(jīng)常使用調(diào)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(fù)雜，由于在原代碼基礎(chǔ)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(shù)次數(shù)，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(chǔ)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?qū)崟r性要求很高，一般不會出現(xiàn)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