2023年01月09日 | 获取STM32代码运行时间的技巧

前言

测试代码的运行时间的两种方法：

1、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。

2、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。

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：

#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)

/**

* @brief 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

* @arg 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;

}

检验Delay_us执行时间中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置：

#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

#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);

}

在main函数中检验Delay_us的执行时间：

#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);

}

}

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。

更改一下main函数的延时参数：

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);

}

}

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。

使用定时器方法的实例

Delay_us函数使用STM32定时器2实现：

#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)

/**

* @brief 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

* @arg 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);

}

在main函数中检验Delay_us的执行时间：

#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();

}

}

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。

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。

END