单片机编程者需要知道自己的程序需要花费多长时间、while周期是多少、delay延时是否真如函数功能描述那样精确延时。很多时候，我们想知道这些参数，但是由于懒惰或者没有简单的办法，将这件事推到“明天”。笔者提出了一种简便的测试方法，可以解决这些问题。
测试代码的运行时间的思路：
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。
以下内容为这两种方案的实例，以STM32为测试平台。如果读者是在另外的硬件平台上测试，实际也不难，思路都是一样的，自己可以编写对应的测试代码。
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
至于使用定时器方法，软件检测程序段的执行时间，程序实现思路见STM32之系统滴答定时器。笔者已经将检查软件的使用封装成库，使用方法在链接文章中也有介绍。我们这里只做一下简要的实践活动。
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();
}
}