【兆易创新GD32VF103R-START开发板试用体验】挑战极限之中断响应时间测量

单片机

本帖最后由 jf_1137202360 于 2022-5-13 11:14 编辑

前言

作为单片机,很多时候需要应用在实时性要求很高的场景,中断响应时间也是单片机的一项重要性能参数。

很多时候也是选型决定性关键参数，所以本文就实际测一测GD32VF103单片机的中断响应时间到底能到多少。

测试方案

使用PA0作为外部中断输入,上升沿触发中断。对应的是EXti线0。

PA1作为输出,默认输出低,进入中断回调函数时拉高。测量PA0的上升沿和PA1上升沿就可以间接测得中断的响应时间。由于拉高PA1的代码本来需要时间,所以还需要想办法测试拉高PA1代码的执行时间并减去。

为了尽可能精确,所有代码都使用汇编代码编写，主频配置为108MHz。

如下图:

T3示波器可以直接测出,

T2也可以重复执行PA1拉高代码(重复拉高拉低)来模拟测量。

则T1=T3-T2

file:///C:UsersqinyuAppDataLocalTempksohtml15540wps4.png

中断初始化

所有的端口都有外部中断能力，为了使用外部中断线，端口必须配置为输入模式

放在init.c中

void _init()
{
SystemInit();
//ECLIC init
eclic_init(ECLIC_NUM_INTERRUPTS);
eclic_mode_enable();
//printf("After ECLIC mode enabled, the mtvec value is %x
", read_csr(mtvec));
// // It must be NOTED:
// // * In the RISC-V arch, if user mode and PMP supported, then by default if PMP is not configured
// // with valid entries, then user mode cannot access any memory, and cannot execute any instructions.
// // * So if switch to user-mode and still want to continue, then you must configure PMP first
//pmp_open_all_space();
//switch_m2u_mode();
/* Before enter into main, add the cycle/instret disable by default to save power,
only use them when needed to measure the cycle/instret */
disable_mcycle_minstret();
/* enable the clock */
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
/* PA0下降沿输入中断 */
gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_IN_FLOATING,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_0);
GPIO_BC(GPIOA) = GPIO_PIN_1;
/* PA1推挽高速输出 */
gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_OUT_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_1);
/* enable the global interrupt */
eclic_global_interrupt_enable();
eclic_priority_group_set(ECLIC_PRIGROUP_LEVEL3_PRIO1);
/* enable and set key EXTI interrupt to the lowest priority */
eclic_irq_enable(EXTI0_IRQn, 1, 1);
/* connect key EXTI line to key GPIO pin */
gpio_exti_source_select(GPIO_PORT_SOURCE_GPIOA, GPIO_PIN_SOURCE_0);
/* configure key EXTI line */
exti_init(EXTI_0, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_RISING);
exti_interrupt_flag_clear(EXTI_0);
}

复制代码

T3:中断延迟时间+PA1拉高代码执行时间测量

中断回调函数编写如下,放在start.s中

EXTI0_IRQHandler:
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40011000 -2028
lui a4,0x40010 # C
li a5,1
sw a5,1044(a4)# 0x40010414 = 0x40010000 +0x414
ret

复制代码

按键PA0产生上升沿,进入中断服务函数拉高PA1,测量PA0和PA1两个上升沿之间的时间为T3.

实际测得为406nS。

T2:PA1拉高代码执行时间测量

放在start.s中

call _init
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40011000 -2028
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40011000 -2028
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40011000 -2028
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40011000 -2028
/* argc = argv = 0 */
li a0, 0
li a1, 0
call main
tail exit

复制代码

由于中断回调函数中拉高PA1的代码如下

lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0

复制代码

执行也需要时间所以需要测量这部分代码的执行时间。

重复执行以下拉高拉低代码使用示波器测量即可得到执行时间。

lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40011000 -2028

复制代码

时间测得时间为T2=74/2=37nS。

T1:中断响应时间计算

T1=T3-T1=406-37=369nS

直接使用指令最快IO翻转速率测量

放在start.s中

call _init
lui a4,0x40011 # C
addi a3,a4,-2032 # 0x40010810 = 0x40011000-2032
li a5,2
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40010810 -2028
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40010810 -2028
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40010810 -2028
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40010810 -2028
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40010810 -2028
sw a5,0(a3) # 0x40010810 - 0
sw a5,-2028(a4)# 0x40010814 = 0x40010810 -2028
/* argc = argv = 0 */
li a0, 0
li a1, 0
call main
tail exit

复制代码

直接使用指令最快IO翻转速率是26.74MHZ

总结

中断延迟在369nS左右,属于nS级别,108MHz,1个CLK也就是9ns左右,大概40个CLK。

响应时间还是比较短的,在大部分实时性要求情况下应该都是满足需求的。

dianzi · 2022-5-13 11:06:54

感谢分享

北山独狼 · 2022-5-14 12:54:36

谢谢分享，学习学习

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