如何计算中断函数的执行时间

云深无际

发布于 2025-01-02 14:26:46

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上面理论一通，再来点调试技巧。我们需要知道这个函数到底耗时不？

最简单可以使用使用GPIO来计算，将MCU的功耗和IO引脚关联起来分析不仅可以计算时间还可以计算功耗。

使用一个 GPIO 引脚来记录中断函数的开始和结束时间。

在中断函数的开头将一个 GPIO 引脚置高。
在中断函数的结尾将这个 GPIO 引脚置低。
用示波器或逻辑分析仪测量 GPIO 的高电平持续时间，即为中断函数的执行时间。

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
    }
}

也可以利用 MCU 自带的定时器硬件，在中断函数中记录时间戳。

在中断开始时读取定时器的计数值（ TIMx->CNT）。
在中断结束时再次读取计数值。
两次计数值的差值乘以定时器时钟周期，即为中断函数的执行时间。

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
    }
}

一作差就可以了

不需要外部硬件，完全依赖 MCU 内部资源。可以精确计算运行时间。

需要占用一个定时器。这是什么狗屁话，我直接使用。定时器频率和计数溢出可能需要额外的处理，再说吧。

也可以使用 SysTick 定时器（系统滴答定时器）来记录时间。这个MCU都有，不会浪费捏。

在中断开始时读取 SysTick 的计数值（SysTick->VAL）。
在中断结束时再次读取 SysTick 的计数值。
两次计数值的差值乘以 SysTick 的时钟周期，即为中断函数的执行时间。

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
    }
}

SysTick 分辨率受限于其时钟频率。如果中断执行时间较长，可能会导致 SysTick 溢出，需要额外处理。这个目前还不知道咋办

还有自带的调试内核，这个时比较高级的技巧，值得重点学习。

启用 ARM Cortex-M 的 DWT（数据观察和跟踪单元）。
在中断开始和结束时记录 DWT 的计数值。
通过计数差值和时钟频率计算执行时间。

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
    }
}