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【再话Zedboard】如何在SDK中计算某段程序的执行时间

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首先赞一下自动保存功能,今天在网页上写的,不小心关掉了,那个心疼啊,幸好有自动保存功能,成功恢复了!

 

废话不多说了,直奔主题吧。

计算一段程序的执行时间主要是为了方便计算一些算法的效率,当然,如果能够计算出一段程序的执行时间,也就能够轻松编写出精确延时时间了。

调试51单片机的时候,可以可以在Keil中设定断点,直观地计算出两个断点之间的程序运行时间,也可以利用反汇编代码计算某段程序的运行时间。

对于zynq的SDK而言,第一种方法无法实现;第二种方法虽然可行,但对于较长的程序段,计算起来是很麻烦的,也不太可取。

思来想去,也有两种比较可行的方法:

1、利用一个GPIO指示程序运行的开始和结束,例如程序开始前和结束后将GPIO置低,程序运行过程中,将GPIO拉高,用示波器测量高电平持续时间。

2、获取某程序段执行前程序运行的机器周期总数N1,该程序段执行后程序运行的机器周期总数N2,就可以计算出该段程序的执行时间T,T=(N2-N1)*机器周期。

第一种方法就不多说了,比较简单,缺点是需要外界测量设备配合。

第二种方法可以利用ARM 内核中的Performance Monitor Unit(PMU,性能检测单元)实现。

下面首先给出示例代码,然后再分析实现过程。

#include <stdio.h>
#include "sleep.h"
#include "xil_io.h"
#include "xtime_l.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xpm_counter.h"
#include "xparameters.h"

#define COUNTS_PER_SECOND          (XPAR_CPU_CORTEXA9_CORE_CLOCK_FREQ_HZ / 64)


int main()
{
	XTime tEnd, tCur;
	u32 tUsed;

	XTime_GetTime(&tCur);
	usleep(1345);
	XTime_GetTime(&tEnd);
	tUsed = ((tEnd-tCur)*1000000)/(COUNTS_PER_SECOND);
	printf("time elapsed is %d us\r\n",tUsed);
	while(1);	//等待

    return 0;
}


调试结果:

 

本例测量误差为:3.57%。对于多个程序段的测量后发现,误差具有随机性,例如,延迟45us,测量值为52us,误差约为16%;延时13045us,测量值为12533us,误差约为3.92%。

虽然存在一定的误差,也差强人意了,精度问题需要进一步研究。

下面,分析一下具体代码:

上面代码关键点有两条:

1、XTime_GetTime()函数如何实现;

2、公式tUsed = ((tEnd-tCur)*1000000)/(COUNTS_PER_SECOND)的含义;

 

1、XTime_GetTime()的代码如下:

/****************************************************************************
*
* Get the time from the Cycle Counter Register.
*
* @param	Pointer to the location to be updated with the time.
*
* @return	None.
*
* @note		None.
*
****************************************************************************/
void XTime_GetTime(XTime *Xtime)
{
	u32 reg;
	u32 low;

	/* loop until we got a consistent result */
	do {
#ifdef __GNUC__
		low = mfcp(XREG_CP15_PERF_CYCLE_COUNTER);
		reg = mfcp(XREG_CP15_V_FLAG_STATUS);
#else
		{ register unsigned int Reg __asm(XREG_CP15_PERF_CYCLE_COUNTER);
		  low = Reg; }
		{ register unsigned int Reg __asm(XREG_CP15_V_FLAG_STATUS);
		  reg = Reg; }
#endif
		if (reg & CYCLE_COUNTER_MASK) {
			/* clear overflow */
			mtcp(XREG_CP15_V_FLAG_STATUS, CYCLE_COUNTER_MASK);
			high++;
		}
	} while (reg & CYCLE_COUNTER_MASK);

	*Xtime = (((XTime) high) << 32) | (XTime) low;
}


其中:

#define XREG_CP15_PERF_CYCLE_COUNTER  "cp15:0:c9:c13:0"
#define XREG_CP15_V_FLAG_STATUS   "cp15:0:c9:c12:3"

调试的时候,由于定义了 #define __GNUC__的情况下,执行

#ifdef __GNUC__ 和 #else之间的代码。

mfcp指令定义为:

#define mfcp(rn)	({unsigned int rval; \
			 __asm__ __volatile__(\
			   "mrc " rn "\n"\
			   : "=r" (rval)\
			 );\
			 rval;\
			 })

mrc指令如下:


这里纠结啊,找了这么多资料,还是看不明白,最后反汇编结果如下:

上述指令操作的是arm CP15协处理器的 c9 寄存器(performance monitors)。

mrc  p15, 0, r12, cr9, cr13, {0}              ;将CP15的寄存器C9的值读到r12中,由下图可以看出该语句是读取PMCCNTR寄存器

mrc  p15, 0, r3, cr9, cr12, {3}              ;将CP15的寄存器C9的值读到r3中,由下图可以看出该语句是读取PMOVSR寄存器
至此,XTime_GetTime()函数解析得差不多了,不过多少还是有点不清晰,希望在行的网友能给我一些帮助~

最终读取的是PMCCNTR,也就是Performance Monitors Cycle Count Register的值。接下来看一下PMCCNTR:

 

 由上图可以看出,计数周期可能存在两个值:i)、PMCR.D = 0,每个时钟周期计数一次 ii)、PMCR.D = 1时,每64个时钟周期计数一次。

时间计算公式应根据这两种情况确定,我这里用的公式是针对的第ii种情况。

至于系统什么时候给PMCR.D赋值,明天再分析吧,今天有点晚了~

 

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  1. 大神啊,膜拜
  2. @liangldai
    不好意思,都好几天了才注意到你的留言。

    如果你只是测这一条语句的执行时间,我觉得反汇编之后,计算汇编指令的时间就OK了。

    插GPIO的话,这样子可以了:

    WritePin(PinNumber,HIGH);

    Xil_Out32(LED_DATA_REG,0Xff00ff00);

    WritePin(PinNumber,LOW);

    GPIO的操作函数,可以参考我后面的文章,这里只是用WritePin来示意。

  3. 请问楼主,第一种方法怎么测试啊?刚刚起步,有点不大懂,比如测试while(1)
    {
    Xil_Out32(LED_DATA_REG,0xff00ff00);
    Xil_Out32(LED_DATA_REG,0x00ff00ff);

    }

    里面 Xil_Out32(LED_DATA_REG,0xff00ff00);语句执行的时间,改怎么插GPIO啊?

  4. @810629123

    呵呵 keil用着很方便 我这是没办法,要是SDK和keil一样能测时间就舒服很多
  5. 只是知道keil里的……
  6. 关于PMCR.D=1的赋值语句,我在这简单给一下,就不再新开一篇了:

    具体赋值是在standalone_bsp提供的启动代码,对cpu初始化时进行的,具体代码为:

    mov	r2, #0xd		/* D, C, E */
    mcr	p15, 0, r2, c9, c12, 0
    mov	r2, #0x80000000		/* enable cycle counter */
    mcr	p15, 0, r2, c9, c12, 1
    

    具体意思就不赘述了,文章中已经给出了相关参考资料。该段代码位于cpu_init.s中。