2020年02月03日 | STM8S IO最快翻转速度

需求：IO产生最快的翻转脉冲。

结论：最快速度5MHz.

第一次尝试：

IRC使能16M，不分频。

IO设置为推挽高速输出。

While(1)死循环翻转。

代码如下：

void main(void)

{

    CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);  //16M

    GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

    while(1)

    {

        GPIO_WriteReverse(GPIOD, GPIO_PIN_3);

    }

}

实际波形如下：

结果是只有463KHz，达不到要求。

反思是有一层函数调用的原因，没有及时翻转。

第二次尝试：

把函数去掉直接操作。

代码如下：

void main(void)

{

    CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);  //16M

    GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

    while(1)

    {

        GPIOD->ODR ^= (uint8_t)GPIO_PIN_3;

    }

}

实际波形如下：

结果已经有好转，翻转有1.311MHz。离目标还是有点远。

反思通过结构体访问寄存器，使用的是间接寻址，消耗了时间。

第三次尝试：

直接对硬件地址操作。

代码如下：

void main(void)

{

    CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);  //16M

    GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

    while(1)

    {

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

    }

}

实际波形如下：

结果已经又有了进步，翻转速度是3.143Mhz.还是没有达到理想效果。

反思为什么是高电平比低电平多，是置高然后循环跳转回去指令耗时了。跳转指令有没有办法精简。

第四次尝试：

改循环语句。

代码如下：

void main(void)

{

    CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);  //16M

    GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

    /*

    while(1)

    {

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

    }

    */

    /*

    for(;;)

    {

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

    }

    */

_LoopWrite:

    *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

    *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

    goto _LoopWrite;

}

实际汇编翻译效果：

这三种循环汇编跳转都是JRA，所以没有达到提速的效果。尝试失败。

反思是跳转耽误了时间，那尽可能的翻转，少跳转。

第五次尝试：

用空间换速度，多重复几次翻转，然后才循环。

代码如下：

void main(void)

{

    CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);  //16M

    GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

    while(1)

    {

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0;

        *((uint8_t *)GPIOD_BaseAddress) = 0x08;

    }

}

实际波形图如下：

结果已经又有了进步，翻转速度是5.266Mhz.但是可以看到中间因为循环跳转指令带来的延时非常明显。

反思那足够多的重复指令，然后才接一次循环，就可以无限接近于没有跳转的效果。

尝试的结果是不会。当重复到一定次数，ROM存储空间存在跨页，跳转的时候会编译变长跳转，长跳转的指令周期比当前跳转机器周期长。

如果只是使用IO翻转，最大的速度只能到这么多了。

反思如果是有程序参与导致翻转速度受指令限制，那么硬件自己反应，应该比这个快。

第六次尝试：

使用PWM翻转。

代码如下：

void main(void)

{

    CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV1);  //16M

    GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_3, GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_SLOW);

    TIM2_DeInit();

    TIM2_TimeBaseInit(TIM2_PRESCALER_1, 0x0001);

    TIM2_OC2Init(TIM2_OCMODE_TOGGLE, TIM2_OUTPUTSTATE_ENABLE,

    0x0000, TIM2_OCPOLARITY_HIGH);

    TIM2_Cmd(ENABLE);

    while(1)

    {

    }

}

实际波形图如下：

结果是3.943MHz,没有比IO直接翻转来得快。

反思是比较器比较的时候消耗了时间。

结论，IO最大的翻转速度是访问硬件地址直接操作IO。