前言

平時(shí)我們可能很少去關(guān)注程序運(yùn)行的時(shí)間，但是在一些情況下可能需要對(duì)程序進(jìn)行一個(gè)整體的復(fù)盤、優(yōu)化。

那么，程序運(yùn)行的時(shí)間就是一個(gè)可以考慮的方面，可以測(cè)一下某些代碼塊、函數(shù)、算法的運(yùn)行時(shí)間，然后整體考慮看看有沒(méi)有必要進(jìn)行優(yōu)化。

之前在某工控類項(xiàng)目中，我就有接到一個(gè)任務(wù)去測(cè)試程序中關(guān)鍵代碼的執(zhí)行時(shí)間，并輸出報(bào)告。當(dāng)時(shí)是使用一個(gè)GPIO+示波器進(jìn)行測(cè)試的，也可以使用邏輯分析儀來(lái)測(cè)。

當(dāng)時(shí)測(cè)量的方法很簡(jiǎn)單：

在要測(cè)試的代碼塊/函數(shù)之前設(shè)置該GPIO的電平為高電平，在要測(cè)試的代碼塊/函數(shù)之后設(shè)置該GPIO為低電平，使用示波器測(cè)高電平的時(shí)間，就知道了這一代碼塊/函數(shù)的運(yùn)行時(shí)間。

下面就通過(guò)實(shí)例來(lái)介紹一下這種簡(jiǎn)單而有效的方法。

我這里使用邏輯分析儀來(lái)測(cè)量，使用小熊派開發(fā)板來(lái)驗(yàn)證，小熊派的主控為STM32L431RCT6，系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為80MHz。

這里順帶提一點(diǎn)題外話，之前有一些初學(xué)的讀者朋友問(wèn)我說(shuō)邏輯分析儀貴不貴。邏輯分析儀有貴的也有便宜的，貴則上千上萬(wàn)元，便宜則有幾十、幾百。我覺(jué)得無(wú)論工作、還是學(xué)習(xí)，都有必要入手一個(gè)邏輯分析儀。

本篇筆記的測(cè)試用的邏輯分析儀就是某寶上二十幾塊錢買的，可以滿足平時(shí)的學(xué)習(xí)所用。條件有限的學(xué)生朋友可以入手。有條件的可以考慮入手幾百塊錢的。

GPIO+邏輯分析儀測(cè)時(shí)間

1、測(cè)量HAL_Delay函數(shù)

STM32的HAL庫(kù)有給我們提供一個(gè)HAL_Delay延時(shí)函數(shù)，這是一個(gè)ms級(jí)延時(shí)函數(shù)。這個(gè)延時(shí)函數(shù)依賴于系統(tǒng)滴答定時(shí)器，所以是一個(gè)比較精確的延時(shí)函數(shù)。

這里，我們就使用GPIO+邏輯分析儀的方法來(lái)測(cè)量一下這個(gè)延時(shí)函數(shù)。為了方便測(cè)試，我們?cè)趙hile死循環(huán)里進(jìn)行測(cè)量。

代碼：

測(cè)量結(jié)果：

可見，我們通過(guò)邏輯分析儀測(cè)出了HAL_Delay(100);運(yùn)行的時(shí)間為100.4315ms，符合我們的預(yù)期。

這里高電平兩側(cè)其實(shí)就是低電平部分，只不過(guò)低電平持續(xù)的時(shí)間太短了，在這里看起來(lái)像一條豎線，我們放大來(lái)看看：

結(jié)果已經(jīng)很準(zhǔn)了，可以滿足平時(shí)的測(cè)量。這種測(cè)量很難保證百分之百的精確，小數(shù)點(diǎn)后面的那一部分可能是受很多不可控因素的影響，這不在我們本篇文章的討論范圍之內(nèi)。

我們是想通過(guò)這個(gè)示例來(lái)介紹這種測(cè)量方法的使用及證明這種方法是可行的。下面再繼續(xù)看兩個(gè)實(shí)例。

2、測(cè)量軟件延時(shí)函數(shù)

我們以前剛開始學(xué)單片機(jī)的時(shí)候，經(jīng)常有用到一些粗略的延時(shí)函數(shù)，其實(shí)現(xiàn)方法就是循環(huán)執(zhí)行n條空語(yǔ)句，以達(dá)到一個(gè)延時(shí)的效果。

那么，我們?cè)趺磥?lái)構(gòu)造一個(gè)us級(jí)或ms級(jí)的粗略延時(shí)函數(shù)（軟件延時(shí)函數(shù)）。我們之前看到的粗略延時(shí)函數(shù)類似這樣子：

這些函數(shù)里面需要給出一些循環(huán)的次數(shù)，這個(gè)值是怎么來(lái)確定的呢？比如上面這個(gè)函數(shù)中123這個(gè)值是怎么來(lái)確定的？我們可以使用GPIO+邏輯分析儀的方法來(lái)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的確定。

確定1us：

不同的處理器，結(jié)果是不一樣的。針對(duì)小熊派開發(fā)板（主控：STM32L431RCT6），循環(huán)運(yùn)行15條空語(yǔ)句的時(shí)間實(shí)測(cè)結(jié)果是1.083us，這算是比較接近1us了。

我們就運(yùn)用這個(gè)結(jié)果來(lái)構(gòu)建一個(gè)us級(jí)軟件延時(shí)函數(shù)如下：

接下來(lái)我們測(cè)一下soft_delay_us(100);實(shí)際運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間：

可見，結(jié)果差不多接近我們想要的結(jié)果。構(gòu)建這樣的粗略延時(shí)函數(shù)可以使用這樣的方式來(lái)確定一些循環(huán)次數(shù)的值。

3、查表法VS常規(guī)法運(yùn)行時(shí)間

在之前的文章：空間換時(shí)間，查表法的經(jīng)典例子《空間換時(shí)間，查表法的經(jīng)典例子》中，我們有說(shuō)可以適當(dāng)使用查表法降低程序的執(zhí)行時(shí)間。這里我們來(lái)實(shí)際測(cè)量對(duì)比一下那篇文章中查表法與常規(guī)法的優(yōu)劣。

關(guān)鍵代碼：

/* 測(cè)試結(jié)果 */
struct test_res
{
 unsigned int data;  /* 數(shù)據(jù)          */
 unsigned int count; /* 數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù) */
};

/* ============常規(guī)法============ */
#if 1
struct test_res get_test_res(unsigned int data)
{
 /* 保存測(cè)試結(jié)果 */
 struct test_res res;
 
 /* 保證數(shù)據(jù)總會(huì)在0~0xf之間 */
 // unsigned int temp = data & 0xf;  
 unsigned int temp = data & 0xff;  
 
 res.count = 0;
 res.data = temp;
 
 /* 循環(huán)判斷每一位 */
 for (int i = 0; i < 16; i++)
 {
  if (temp & 0x01)
  {
   res.count++;
  }
  temp >>= 1;
 }
 
 return res;
}
#else
/* ============查表法============ */

int table[16] = {0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4};

struct test_res get_test_res(unsigned int data)
{
 /* 保存測(cè)試結(jié)果 */
 struct test_res res;
 
 /* 保證數(shù)據(jù)總會(huì)在0~0xf之間 */
 unsigned int temp = data & 0xff;  
 
 /* 獲取低4位中1的個(gè)數(shù) */
 unsigned int low_data = temp & 0xf;
 unsigned int low_cnt = table[low_data];
 
 /* 獲取高4位中1的個(gè)數(shù) */
 unsigned int high_data = (temp >> 4) & 0xf;
 unsigned int high_cnt = table[high_data];
 
 /* 結(jié)果 */
 res.count = low_cnt + high_cnt;
 res.data = temp;
 
 return res;
}

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  struct test_res res = {0};
    
  /* 省略部分代碼。。。。。。。。。 */
    
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    res = get_test_res(30);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
#endif

常規(guī)法程序的運(yùn)行時(shí)間：

查表法程序的運(yùn)行時(shí)間：

可見，這個(gè)例子中常規(guī)法程序運(yùn)行時(shí)間約為2ns，而查表法程序運(yùn)行時(shí)間約為500ns。查表法的程序運(yùn)行之間僅為常規(guī)法的1/4，省下了3/4的時(shí)間。

隨著調(diào)用次數(shù)的增多，這里的查表法的優(yōu)勢(shì)越大。比如循環(huán)計(jì)算0~31這32個(gè)數(shù)中每一個(gè)數(shù)二進(jìn)制位為1的個(gè)數(shù)，則相關(guān)代碼改為：

  int i;
  while (1)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
    for (i = 0; i < 32; i++)
    {
      res = get_test_res(i);
    }
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
  }

常規(guī)法：

查表法：

可見，隨著調(diào)用次數(shù)的增多，查表法相對(duì)于常規(guī)法更省時(shí)，即查表法的優(yōu)勢(shì)越大。

以上就是關(guān)于GPIO+邏輯分析儀測(cè)程序運(yùn)行時(shí)間的幾個(gè)實(shí)例。下面順帶提一下使用MDK+ST-LINK測(cè)STM32程序運(yùn)行時(shí)間的方法。

MDK+ST-LINK測(cè)時(shí)間

在使用MDK作為開發(fā)工具時(shí)，可以搭配一些仿真器來(lái)查看程序執(zhí)行時(shí)間。這里通過(guò)實(shí)例來(lái)介紹MDK+ST-LINK測(cè)STM32程序運(yùn)行時(shí)間的方法。

這里重點(diǎn)是設(shè)置Trace里面的系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)鐘，我們這里使用的是小熊派開發(fā)板（主控：STM32L431RCT6），并且配置的系統(tǒng)時(shí)鐘是80MHz：

所以在Trace中要設(shè)置為80MHz。這個(gè)得根據(jù)實(shí)際芯片的型號(hào)就需要根據(jù)進(jìn)行修改，比如STM32F103系列默認(rèn)是72MHz，STM32F429系列默認(rèn)為180MHz等，根據(jù)實(shí)際進(jìn)行修改。

下面我們通過(guò)在線調(diào)試、打斷點(diǎn)的方式看一下 HAL_Delay(1000);運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間：

可見程序運(yùn)行到HAL_Delay(1000);前后的時(shí)間分別為：

前：0.00008964s
后：1.00108161s

即HAL_Delay(1000);走過(guò)的時(shí)間約為1s，符合預(yù)期。

以上就是本次的實(shí)踐分享，感謝閱讀與支持。如有錯(cuò)誤，歡迎指出。謝謝！

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