浅析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：

• 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。

• 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：

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#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：

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#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：

    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：

    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：

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#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：

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#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。相关推荐:学习STM32单片机，绕不开的串口。

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。

编辑：jq