#申请原创# @21小跑堂
1 背景
近期有小伙伴讨论到APM32F103ZE的GPIO翻转速度极限值是多少？他用C语言的GPIO翻转速度远远达不到。本文章对APM32F103ZE的GPIO翻转速度的最大值的测试过程进行梳理分享。
2 APM32F103ZE基本规格
首先我们先去确认一下APM32F103ZE基本规格：
1. 主频：96MHz
2. GPIO处于APB2时钟上，最大频率支持96MHz。
注：我的测试平台是APM32F103ZET6 MINI板，测试引脚是PE5/PE6。
3 GPIO翻转频率测试
常见的GPIO翻转的测试非常简单，使用C语言编写，深究底层就是控制其输出寄存器，不断重复输出0/1此时便是翻转。但我们这里是测试极限速度，我们需要注意主频（包括GPIO所在的APB2时钟）要求是最高，GPIO模式什么的也要求设置为最高值。
梳理我们的需求，输出我们的测试步骤：
1. 设置主频为96MHz。
2. AHB与APB2不分频。
3. GPIO初始化为推挽输出模式、速度设置为50MHz。
4. 设置GPIO的BSC与BC寄存器（或者是ODATA寄存器），使其交替输出0/1。
3.1 C语言函数版本
这个版本的测试代码与我们LED闪烁的频率并无不同，仅是把延时取消掉即可。
代码直接调用：APM_MINI_LEDToggle函数即可。
测试情况如下：
发现速度仅1MHz这样而已。
难道速度仅此而已了么？由于C语言的函数调用是有一定的消耗（函数的调用涉及出栈入栈等消耗）。那我们进阶一下呢？直接操作寄存器呢？
3.2 C语言寄存器版本
我们把C语言库函数最深层的内容的寄存器表达直接写在main函数里面的while循环里 面，以减少由于函数的调用的损耗。
参考代码如下：
APM_MINI_LEDInit(LED2);
APM_MINI_LEDInit(LED3);
while (1)
{
{// 这两者是一致的
// GPIOE->ODATA = 0x00000060;
// GPIOE->ODATA = 0x00000000;
GPIOE->BSC = 0x00000060;
GPIOE->BC = 0x00000060;
}
}
我们查看示波器：
我们发现，频率确实有所提升但是这个波形十分奇怪：理论上的高低电平的占比比是不一致的。为什么呢？
我们查看一下反汇编代码：
如图所示，我们发现使得GPIO翻转的汇编指令分别为第3/5条的STR指令，这两个指令直接的间隔指令数量并不一致，所以导致了最终输出的波形占空比有问题：
1. 指令3至指令5：中间间隔指令4。
2. 指令5至指令3：中间间隔指令6、1、2。
3.3 汇编版本1
为了测试极限值，我们把翻转GPIO的功能写成汇编代码，汇编代码的加入大家可以查阅网上的资料。我这里直接新建一个.s文件，在该文件中编写测试的代码。
在测试函数1中，我们把寄存器的赋值等内容放在循环外面，循环中仅进行GPIO的翻转，不做其他事情。
参考代码如下：
gpio_toggle_speed_1 PROC
LDR R0, =0x40011800 ; Load the address of GPIOE ODR into R0
LDR R1, =0x60 ; Load the toggle value into R1
toggle_1
STR R1, [R0, #0x10] ; Store R1 into GPIOE BSRR register (Set bits)
STR R1, [R0, #0x14] ; Store R1 into GPIOE BRR register (Reset bits)
B toggle_1 ; Branch unconditionally to 'toggle' label
ENDP
测试波形如下：
频率进一步提高，但是占空比依旧有所问题，那消耗在哪里呢？是的，正如前文所说，跳转指令“B”导致的。
3.4 汇编版本2
由此，我们把翻转的代码增多，这样子相比之下跳转指令的影响就减少了。
频率来到了24MHz左右！那这个会不会是最高频率了呢？我们把主频提升至120MHz（超频），发现频率已经无法上升，或者设置其程序运行至RAM也无法提升。
4 测试总结
按照本文的测试方法，APM32F103ZE的GPIO翻转理论最大速度基本为24MHz这样 。你有什么好的测试方案么？欢迎在评论区留言 。
这里是代码
APM32GPIO极限翻转速度测试_code.zip
(2.17 MB)
。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
@21小跑堂 ：小跑堂是技术人员吗？很懂呀
@21小跑堂 ：感谢支持。
@21小跑堂 ：IO的翻转需要可控制：我需要是1就应该是1，需要0就是0。MCO和定时器输出PWM都是不可控制的（它们的输出是周期性的）。 这个IO翻转其实有许多的应用场景，如模拟SWD时序，如果使用PWM或者MCO去操作。模拟逻辑就非常复杂，如果是用IO翻转的，逻辑就很好控制了。
一个很常见的问题，也是一个很有意思的实验，通过汇编尽可能减少指令跳转的影响，测量IO翻转速率。24MHz真的是极限吗？二姨可是记得作者本人发过一篇MCO的原创哦，这个是否也是IO的翻转效果呢。