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获取单片机代码运行时间的方法

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楼主
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:37 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
单片机代码, 电平, 定时, 定时器, 示波器
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。

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沙发
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:45 | 只看该作者
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

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#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)



/**

  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  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  

  *        [url=home.php?mod=space&uid=2817080]@ARG[/url] 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;

}

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板凳
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:45 | 只看该作者
检验Delay_us执行时间中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置

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#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
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#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);    

}

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地板
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:46 | 只看该作者
在main函数中检验Delay_us的执行时间
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#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);

    }     

}

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5楼
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:46 | 只看该作者
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。

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6楼
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:46 | 只看该作者
更改一下main函数的延时参数
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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);

    }     

}

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7楼
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:47 | 只看该作者
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。

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8楼
deadtime|  楼主 | 2019-8-4 17:47 | 只看该作者
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**中也有介绍。我们这里只做一下简要的实践活动。

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9楼
decoding| | 2019-8-4 17:49 | 只看该作者
Delay_us函数使用STM32定时器2实现

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#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)



/**

  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  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  

  *        [url=home.php?mod=space&uid=2817080]@ARG[/url] 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);

}

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10楼
decoding| | 2019-8-4 17:49 | 只看该作者
在main函数中检验Delay_us的执行时间

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#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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11楼
decoding| | 2019-8-4 17:49 | 只看该作者
怎么去看检测结果呢？用调试的办法，打开调试界面后，将Time变量添加到Watch一栏中。然后全速运行程序，既可以看到Time中保存变量的变化情况，其中TimeWidthAvrage就是最终的结果。



　　可以看到TimeWidthAvrage的值等于0x119B8,十进制数对应72120，滴答定时器的一个滴答为1/72M（s），所以Delay_us(1000)的执行时间就是72120*1/72M (s) = 0.001001s，也就是1ms。验证成功。

备注：定时器方法输出检测结果有待改善，你可以把得到的TimeWidthAvrage转换成时间（以us、ms、s）为单位，然后通过串口打印出来，不过这部分工作对于经常使用调试的人员来说也可有可无。

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12楼
decoding| | 2019-8-4 17:50 | 只看该作者
两种方法对比

软件测试方法

　　操作起来复杂，由于在原代码基础上增加了测试代码，可能会影响到原代码的工作，测试可靠性相对较低。由于使用32位的变量保存systick的计数次数，计时的最大长度可以达到2^32/72M = 59.65 s。

示波器方法

　　操作简单，在原代码基础上几乎没有增加代码，测试可靠性很高。由于示波器的显示能力有限，超过1s以上的程序段，计时效果不是很理想。但是，通常的单片机程序实时性要求很高，一般不会出现程序段时间超过秒级的情况。

　　综合对比，推荐使用示波器方法。

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13楼
嘿嘿嘿·| | 2020-5-8 12:20 | 只看该作者
很有用  受益了，感谢

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