如何计算中断函数的执行时间

让我们来探讨如何测量一个函数的执行时间，特别是在嵌入式系统中的中断函数。这里提供几种方法来帮助我们理解和优化函数的性能。

使用 GPIO 引脚测量执行时间

最简单的方法是使用 GPIO 引脚来记录函数的开始和结束时间。这种方法不仅可以测量时间，还可以与 MCU 的功耗分析结合起来。

• 步骤：

  

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  1. 在函数开始时，将一个 GPIO 引脚置高。
  2. 在函数结束时，将这个 GPIO 引脚置低。
  3. 使用示波器或逻辑分析仪测量 GPIO 引脚的高电平持续时间，即为函数的执行时间。

• 示例代码（使用 C 语言）：

  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
      if (htim == &htim2) {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // GPIO 引脚置高
          // 中断任务
          AD7682_Read_4_ADC_Value(ADC_Value_u16_inter);
          IIR_50HZ_Norch_Filter(...);
          applyIIRFilter(...);
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // GPIO 引脚置低
      }
  }

使用 MCU 自带的定时器

另一种方法是利用 MCU 自带的定时器硬件来记录时间戳。

• 步骤：

  1. 在函数开始时读取定时器的计数值（TIMx->CNT）。
  2. 在函数结束时再次读取定时器的计数值。
  3. 计算两次计数值的差值，并乘以定时器时钟周期，即为函数的执行时间。

• 示例代码（使用 C 语言）：

  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
      if (htim == &htim2) {
          uint32_t start_time = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3); // 获取定时器开始计数值
          // 中断任务
          AD7682_Read_4_ADC_Value(ADC_Value_u16_inter);
          IIR_50HZ_Norch_Filter(...);
          applyIIRFilter(...);
          uint32_t end_time = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3); // 获取定时器结束计数值
          uint32_t elapsed_ticks = (end_time >= start_time) ? 
                                   (end_time - start_time) : 
                                   ((htim3.Init.Period - start_time) + end_time + 1);
          float elapsed_time = elapsed_ticks * (1.0f / HAL_RCC_GetPCLK1Freq()); // 转换为秒
      }
  }

使用 SysTick 定时器

SysTick 定时器是 MCU 内部的一个系统滴答定时器，可以用来记录时间。

• 步骤：

  1. 在函数开始时读取 SysTick 的计数值（SysTick->VAL）。
  2. 在函数结束时再次读取 SysTick 的计数值。
  3. 计算两次计数值的差值，并乘以 SysTick 的时钟周期，即为函数的执行时间。

• 示例代码（使用 C 语言）：

  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
      if (htim == &htim2) {
          uint32_t start_time = SysTick->VAL; // 记录开始时间
          // 中断任务
          AD7682_Read_4_ADC_Value(ADC_Value_u16_inter);
          IIR_50HZ_Norch_Filter(...);
          applyIIRFilter(...);
          uint32_t end_time = SysTick->VAL; // 记录结束时间
          uint32_t elapsed_ticks = (start_time >= end_time) ? 
                                   (start_time - end_time) : 
                                   (SysTick->LOAD - end_time + start_time);
          float elapsed_time = elapsed_ticks * (1.0f / HAL_RCC_GetSysClockFreq()); // 转换为秒
      }
  }

使用 ARM Cortex-M 的 DWT

ARM Cortex-M 处理器内置的 DWT（数据观察和跟踪单元）可以用于精确测量执行时间。

• 步骤：

  1. 启用 DWT 并重置其计数器。
  2. 在函数开始时记录 DWT 的计数值。
  3. 在函数结束时再次记录 DWT 的计数值。
  4. 通过计数差值和时钟频率计算执行时间。

• 示例代码（使用 C 语言）：

  void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
      if (htim == &htim2) {
          DWT->CYCCNT = 0; // 重置 DWT 计数器
          uint32_t start_cycles = DWT->CYCCNT; // 开始时计数值
          // 中断任务
          AD7682_Read_4_ADC_Value(ADC_Value_u16_inter);
          IIR_50HZ_Norch_Filter(...);
          applyIIRFilter(...);
          uint32_t end_cycles = DWT->CYCCNT; // 结束时计数值
          uint32_t elapsed_cycles = end_cycles - start_cycles;
          float elapsed_time = elapsed_cycles * (1.0f / SystemCoreClock); // 转换为秒
      }
  }

使用 Keil 的 Event Recorder

Keil 提供的 Event Recorder 是一个功能强大的调试工具，可以简化时间测量过程。

• 步骤：
  1. 在 CMSIS 中启用 Event Recorder。
  2. 在函数开始和结束时添加记录事件的代码。
  3. 使用 Event Recorder 分析记录的事件时间。

这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的测量方式。通过这些技术，我们可以更深入地了解函数的执行时间，从而优化系统性能。