在實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)中，指令周期對系統(tǒng)的性能有至關(guān)重要的影變壓器與電感器設(shè)計(jì)手冊響。介紹幾種最常用的微控制器的工作機(jī)制，采用一段循環(huán)語句功率電感對這幾種微控制器的指令周期進(jìn)行測試，并進(jìn)行分析比較。分析結(jié)論對系統(tǒng)控制器的選擇有一定的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞 指令周期測試 AT89S51 LPC2114 TMS320F2812
在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，選擇微控制器的指標(biāo)時(shí)最重要的是計(jì)算速度的問題。指令周期是反映計(jì)算速度的一個(gè)重要指標(biāo)，為此本文對三種最具代表性的微控制器（AT89S51單片機(jī)、ARM7TDMI核的LPC2114型單片機(jī)和TMS320F2812）的指令周期進(jìn)行了分析和測試。為了能觀察到指令周期，將三種控制器的GPIO口設(shè)置為數(shù)字輸出口，并采用循環(huán)不斷地置位和清零，通過觀察GPIO口的波形變化得到整個(gè)循環(huán)的周期。為了將整個(gè)循環(huán)的周期與具體的每一條指令的指令周期對應(yīng)起來，通過C語言源程序得到匯編語言指令來計(jì)算每一條匯編語言的指令周期。
1 AT89S51工作機(jī)制及指令周一體電感期的測試
AT89S51單片機(jī)的時(shí)鐘采用內(nèi)部方式，時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩脈沖進(jìn)行2分頻。由于時(shí)鐘周期為振蕩周期的兩倍（時(shí)鐘周期＝振蕩周期P1+振蕩周期P2），而1個(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)時(shí)鐘，因此1個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)晶振的振蕩周期。取石英晶振的振蕩頻率為11.059 2 MHz，則單片機(jī)的機(jī)器周期為12/11.059 2=1.085 1 μs。51系列單片機(jī)的指令周期一般含1繞行電感～4個(gè)機(jī)器周期，多數(shù)指令為單周期指令，有2周期和4周期指令。
為了觀察指令周期，對單片機(jī)的P1口的最低位進(jìn)行循環(huán)置位操作和清除操作。源程序如下：
#include<reg51.h>
main() {
while(1) {
P1=0x01;
P1=0x00;
}
}
采用KEIL uVISION2進(jìn)行編譯、鏈接，生成可執(zhí)行文件。當(dāng)調(diào)用該集成環(huán)境中的Debug時(shí)，可以得到上述源程序混合模式的反匯編代碼：
2:main()
3: {
4:while(1)
5:{
6:P1=0x01;
0x000F759001MOVP1(0x90),#0x01
7:P1=0x00;
0x0012 E4CLRA
0x0013 F590MOVP1(0x90),A
8:}
0x001580EDSJMPmain (C:0003)
其中斜體的代碼為C源程序，正體的代碼為斜體C源程序?qū)?yīng)的匯編語言代碼。每行匯編代碼的第1列為該代碼在存儲器中的位置，第2列為機(jī)器碼，后面是編譯、鏈接后的匯編語言代碼。所有指令共占用6個(gè)機(jī)器周期（其中“MOV P1(0x90),#0x01”占用2個(gè)機(jī)器周期，“CLR A”和“MOV P1(0x90),A”各占用1個(gè)機(jī)器周期，最后一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令占用2個(gè)機(jī)器周期），則總的循環(huán)周期為6×機(jī)器周期＝6×1.085 1 μs＝6.51 μs。
圖1 P1口最低位的波形
將編譯、鏈接生成的可執(zhí)行文件下載到AT89S51的Flash中執(zhí)行可以得到P1口最低位的波形，如圖1所示。整個(gè)循環(huán)周期為6.1 μs，與上面的分析完全一致。
2 LPC2114工作機(jī)制及指令周期的測試
LPC2114是基于ARM7TDMI核的可加密的單片機(jī)，具有零等待128 KB的片內(nèi)Flash，16 KB的SRAM。時(shí)鐘頻率可達(dá)60 MHz（晶振的頻率為11.059 2 MHz，時(shí)鐘頻率設(shè)置為11.059 2×4 =44.236 8 MHz，片內(nèi)外設(shè)頻率為時(shí)鐘頻率的1/4，即晶振的頻率）。ARM7TDMI核通過使用三級流水線和大量使用內(nèi)部寄存器來提高指令流的執(zhí)行速度，能提供0.9 MIPS/MHz的指令執(zhí)行速度，即指令周期為1/(0.9×44.236 8)=0.025 12 μs，約為25 ns。
為了觀察指令周期，將LPC2114中GPIO的P0.25腳設(shè)置為輸出口，并對其進(jìn)行循環(huán)的置位操作和清除操作。C源程序如下：
#include"config.h"
//P0.25引腳輸出
#defineLEDCON0x02000000
intmain(void)
{//設(shè)置所有引腳連接GPIO
PINSEL0 = 0x00000000;
PINSEL1 = 0x00000000;
//設(shè)置LED4控制口為輸出
IO0DIR = LEDCON;
while(1)
{IO0SET = LEDCON;
IO0CLR = LEDCON;
}
return(0);
}
采用ADS1.2進(jìn)行編譯、鏈接，生成可執(zhí)行文件。當(dāng)調(diào)用AXD Debugger時(shí)，可以得到上述源程序的反匯編代碼：
main[0xe5功率電感器9f1020]ldrr1,0x40000248 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
