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(); } }
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。
综合对比，推荐使用示波器方法。
