基于APM32F407的DWT周期计数器实现精准代码性能分析

#include <stdint.h>



// DWT 和 Core Debug 基地址

#define DWT_BASE       0xE0001000UL

#define DWT            ((DWT_Type *)DWT_BASE)

#define CoreDebug_BASE 0xE000EDF0UL

#define CoreDebug      ((CoreDebug_Type *)CoreDebug_BASE)



// DWT 寄存器结构

typedef struct {

    volatile uint32_t CTRL;      // 控制寄存器

    volatile uint32_t CYCCNT;    // 周期计数器

    uint32_t RESERVED[6];        // 保留区域

    volatile uint32_t LSR;       // 锁存状态寄存器

} DWT_Type;



// Core Debug 寄存器结构

typedef struct {

    volatile uint32_t DHCSR;     // 调试主机控制和状态寄存器

    volatile uint32_t DCRSR;     // 调试核心寄存器选择器寄存器

    volatile uint32_t DCRDR;     // 调试核心寄存器数据寄存器

    volatile uint32_t DEMCR;     // 调试异常和监控控制寄存器

} CoreDebug_Type;



// Core Debug DEMCR 寄存器中的 TRCENA 位定义

#define CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Pos 24

#define CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk (1UL << CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Pos)



// DWT CTRL 寄存器中的 CYCCNTENA 位定义

#define DWT_CTRL_CYCCNTENA_Pos 0

#define DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk (1UL << DWT_CTRL_CYCCNTENA_Pos)



// 初始化 DWT 周期计数器

void DWT_Init(void) {

    // 启用 DWT 和跟踪功能

    CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk;



    // 重置周期计数器

    DWT->CYCCNT = 0;



    // 启用周期计数器

    DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk;

}



// 测量函数执行时间

uint32_t Measure_Execution_Time(void (*func)(void)) {

    uint32_t start, end;



    // 记录起始时间

    start = DWT->CYCCNT;



    // 执行目标函数

    func();



    // 记录结束时间

    end = DWT->CYCCNT;



    // 返回周期数

    return end - start;

}



// 周期数转换为时间（单位：微秒）

float CyclesToTime_us(uint32_t cycles, uint32_t cpu_freq) {

    return (float)cycles / (float)cpu_freq * 1e6;

}



// 多次执行统计

void Measure_Statistics(void (*func)(void), uint32_t iterations, uint32_t cpu_freq) {

    uint32_t cycles, total_cycles = 0, max_cycles = 0, min_cycles = UINT32_MAX;

    float average_time_us, max_time_us, min_time_us;



    for (uint32_t i = 0; i < iterations; i++) {

        cycles = Measure_Execution_Time(func);



        // 更新总计周期数

        total_cycles += cycles;



        // 更新最大周期数

        if (cycles > max_cycles) {

            max_cycles = cycles;

        }



        // 更新最小周期数

        if (cycles < min_cycles) {

            min_cycles = cycles;

        }

    }



    // 计算平均时间

    average_time_us = CyclesToTime_us(total_cycles / iterations, cpu_freq);

    max_time_us = CyclesToTime_us(max_cycles, cpu_freq);

    min_time_us = CyclesToTime_us(min_cycles, cpu_freq);



    // 打印统计结果

    printf("执行次数: %lu\n", iterations);

    printf("平均时间: %.2f us\n", average_time_us);

    printf("最长时间: %.2f us\n", max_time_us);

    printf("最短时间: %.2f us\n", min_time_us);

}



// 示例目标函数

void Sample_Function(void) {

    for (volatile int i = 0; i < 1000; i++);

}



int main(void) {

    uint32_t cpu_freq = 84000000; // 假设 CPU 频率为 84 MHz

    uint32_t iterations = 100;   // 测试运行 100 次



    // 初始化 DWT

    DWT_Init();



    // 统计 Sample_Function 的执行时间

    Measure_Statistics(Sample_Function, iterations, cpu_freq);



    while (1);

}