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ARM内核目标系统中的代码运行时间测试

来源:单片机及嵌入式系统应用 陈思勤 吴秋新?? 2007年04月13日 ?? 收藏0

  在ARM系统中,有时需要精确的时间测量。通常,取时间的C函数(如gettime()等)不仅通用性差(必须包含头文件DOS.H,且不支持Unix、Linux和标准C),明显不适用于ARM系统;更成问题的是,其最短时间只能到10-2 秒级,不能提供更短的时间分度。根本原因在于: 这类函数是基于系统实时时钟(RTC)的,而RTC通常采用标准化钟表晶振,频率只有32.768 kHz而已。

  然而很多应用涉及μs级的时间计量,这是标准化了的RTC以及基于它的时间函数所无能为力的。笔者在移植DES算法到ARM系统的实验过程中,便遇到过要定量评估加密算法耗时多少的问题,发现的确不能用上述常规的C函数解决。经对ARM芯片结构的考察,发现其内置的WatchDog系统是以系统时钟驱动的,定量性能应该很好,区分时间间隔的精细程度也应该足够。于是根据所用ARM芯片的原厂家数据手册中的说明,借用 WatchDog编写了自己的计时函数,使用起来也比较方便。考虑到ARM芯片都带有内置看门狗,笔者觉得这种方法可算是一个不错的“过渡性”解决方案,故在此加以介绍,供同行们参考并指正。

  1 测量原理

 

 ARM芯片中的看门狗,其原始功能是监视CPU核心运行的某些超时。这些超时的发生,通常是因为干扰和系统错误等造成的程序运行混乱。一旦发生这类情形,看门狗便请求中断服务或发出复位脉冲重启系统。为了达到这样的目的,其计时原理必须独立于系统中的任何进程。实际上,WatchDog是独立的硬件逻辑,其计时脉冲直接取自系统主时钟,因此它与RTC一样具备实时性和独立性,借用看门狗的计时体系来实现高精度时间测量是合理的。

  先以实验中用到的S3C44B0X为例(该实验所用的ARM开发板型号为NETARM300),具体谈谈看门狗的工作原理。其原理框图如图1所示,图中MCLK即系统主时钟。

  
S3C44B0X内嵌看门狗硬件原理框图
图1 S3C44B0X内嵌看门狗硬件原理框图

  从图中可以看出,系统主时钟MCLK经过可编程预分频、可选固定分频后,进入WTCNT(硬件系统的计时计数器,16位)计数。根据器件手册,计数时间间隔t_watchdog=1/(MCLK/(Prescaler value+1)/Division_factor )。式中,参数Prescaler value的取值为0~28-1;Division_factor有16、32、64、128四种取值。如果复位信号输出允许(即WTCON的位0置1),那么一旦计数器WTCNT的计数超过WTDAT允许的范围,看门狗就会将CPU复位。本实验过程中屏蔽掉了这种复位和中断请求功能,仅让它对脉冲计数。

  控制寄存器WTCON的有关各位定义图中已给出,其他全为保留位,可全置为0。

  至于MCLK具体值的计算,可以查验系统中的晶振参数(频率),读取系统时钟的PLL寄存器(如S3C44B0X的PLLCON)后算得。计算的方法都已在具体ARM芯片手册中给出。

  2 测量算法实现和实验结果

  按照所需参数设置的看门狗定时器控制寄存器WTCON的值(如前所述),在待测代码段执行之前开启看门狗定时器;等其执行完毕则关闭看门狗定时器,读取WTCNT的值即可算得运行时间。作为一个具体示例,笔者实验中所实现的算法如下:

  (1) 计时算法

  void my_CountStart() {

  rWTCON=((MCLK/1000000-1)<<8)|(2<<3);   //1 MHz/64,Watchdog,nRESET,中断禁止

  rWTDAT=0xffff;

  rWTCNT=0xffff;

  rWTCON=((MCLK/1000000-1)<<8)|(2<<3)|(1<<5);   //计时开始

  }

  int my_CountStop() {

  int i="0";

  rWTCON=((MCLK/1000000-1)<<8)|(2<<3);   //计时结束

  i=0xffff-rWTCNT;//每16 μs计数一次

  return i*16;

  }

  (2) 应用

  int Main() {

  my_CountStart();

  Des_Go(buf, buf, sizeof(str), key, sizeof(key), ENCRYPT, Is3DES);

  encrypt_time=my_CountStop();

  }

  需要指出: 在改变WTCON的值之前应将原有值保存,待测量完成后再复原WTCON。之所以强调这一点,是因为系统别处很可能在使用看门狗功能。


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ARM? 代码? 运行时间?

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