实测STM32F4中printf的效率问题

只看该作者 · 2014-11-22 11:56

本帖最后由 sprone 于 2014-11-22 11:57 编辑

实测STM32F4中printf的效率问题
一直认为printf所做的工作就是格式化字符串，然后依次调用fputc函数发送出去。于是以前都认为printf函数的瓶颈是在fputc这里，是因为发送一个字节所占的时间太长，才导致printf效率慢。也就是说，一直认为如果串口的波特率设置成115200的话，printf至少也是能达到115200的波特率的。

而这几天在学习ucOS，于是想到，如果printf的瓶颈是在等在串口发送完成的话，那么我在等待串口发送完成中断的时候是不是挂起一个信号量，然后就可以去做点别的事情了呢？这也正是RTOS的目的之一嘛————最大化利用CPU。

花了点时间时间试了下之后，发现完全没有改善！于是有了测试两次进入fputc间隔时间的想法。

测试环境：MDK5.12 + 自带STM32F4 HAL层 + UCOS3.04.04
硬件平台：安富莱V5板卡，主芯片STM32F407IG，USB转串口线CH430芯片，ThinkPad T420

代码如下：

复制

int fputc(int ch, FILE *f)

{

    OS_ERR err;

    CPU_TS ts;

    Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt++] = STK_VAL_REG;  //进入函数前读取systick的寄存器值

    Dbg_printf_inter[Dbg_printf_cnt] = Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt-2] - Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt-1];//用刚读取的寄存器值减去上一次退出该函数的寄存器值，从而得到两次进入该函数之间的时间

    while (HAL_UART_Transmit_IT(&huart, (uint8_t *)&ch, 1) != HAL_OK)

    {

       OSTaskSemPend(10, OS_OPT_PEND_BLOCKING, &ts, &err);

       //check “err”

    }

    Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt++] = STK_VAL_REG; //退出函数前读取systick的寄存器值

    Dbg_printf_inter[Dbg_printf_cnt] = Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt-2] - Dbg_printf_time[Dbg_printf_cnt-1];//用刚读取的寄存器值减去进入该函数的寄存器值，从而得到两次进入该函数之间的时间

    if (Dbg_printf_cnt > 90)

    {

       Dbg_printf_cnt = 1;

    }

     return ch;

}

重点关注Dbg_printf_inter的值，结果如下：

可以看到进入两次fputc之间的间隔达到了15937个tick，考虑到主频为168M

由
time=tick/sysfreq
可以计算得出time=94.86us。

而115200波特率的串口在发送两个Byte之间的时间是：86.5us

也就是说：用115200波特率的速度打印printf就已经把STM32的CPU都耗光了！

实在是好奇printf里面都做了什么？？作为库函数，它不应该是精简，效率的典范吗？怎么会这么慢？

抛出这个问题，求高手解答，同时也欢迎像我这么无聊的同学在别的平台上验证两次fputc之间的时间差。

只看该作者 · 2014-11-22 12:12

iar有字符串输出重定向文件，mdk貌似只能重定向fputc，导致性能大受影响。。。每次处理一串和一个字符差别很大

只看该作者 · 2014-11-22 15:29

myxiaonia 发表于 2014-11-22 12:12
iar有字符串输出重定向文件，mdk貌似只能重定向fputc，导致性能大受影响。。。每次处理一串和一个字符差别 ...

难道说printf每处理完一个Byte就调用一次fputc把它抛出来，而不是全部处理完之后再循环调用fputc全部抛出？

1万 · 2014-11-23 07:57

你的理解正确。
fputc() 作为 fprintf 和 fputs() 之类的底层函数, 每处理完一个字符,就调用一次, 因为这样可以避免内部使用不可预知长度的缓冲区.
看来 F4 还是要避免使用 pringf 这类的大型库函数.

只看该作者 · 2014-11-24 08:11

airwill 发表于 2014-11-23 07:57
你的理解正确。
fputc() 作为 fprintf 和 fputs() 之类的底层函数, 每处理完一个字符,就调用一次, 因为这 ...

这两天又想了一下，在我设想的处理模型中与版主的基本符合。
只能说printf太慢了（至少在MDK中），以后有机会去别的平台的话，我也无聊的测一测试试。
另外，我暂目前的解决方案很简单，如果只是调试用的话，用sprintf打入字符串，然后再连续发送就好了。

只看该作者 · 2015-4-28 09:36

刚拿到STM32的板子,在官网下载了 STM32Cube_FW. 想用 printf()函数来调试.
在官方例程的基础上，按照楼主的写法，我也重定向了C库函数 int fputs(),却发现无法打印.
（例程中原有的打印字符串可正常打印），

请问这是什么原因呢？

复制

int fputc(int ch, FILE *f)

{   

    while (HAL_UART_Transmit_IT(&UartHandle, (uint8_t *)&ch, 1) != HAL_OK)

    {     

       //do nothing

    }



     return ch;

}