用SWD调试接口测量代码运行时间

关于时间测量的种种问题

在嵌入式中,我们经常需要测量某段代码的执行时间或测量事件触发的时间,常规的思路是:

1:在测量起始点,反转电平
2:在测量结束点,再次反转电平

然后通过示波器或者逻辑分析仪来测量反转间隔,也就是代码时间

这种方法,在测量两个或多个时间信号同步的时候,非常有用,实际上,这也是唯一的方法。

但是如果在测量中,其它代码也会控制这个管脚电平或者周期性动作,这时便需要在<动作1>之前
增加前导码,从而便于在繁杂的波形中,一眼识别出需要特定的波形

同时,如果测量的时间值非常小,那么用示波器即便可以识别,但不容易捕获

SWD解决方案

在ARM Cortex-M 芯片中,用SWD调试接口取代了传统的JTAG调试接口,从而占用MCU更少的管脚,同时提高了调试性能。

SWD由四根线组成,SWO,SWDIO,SWCLK,GND;SWDIO和SWCLK组成了基本的串行调试接口,SWO则提供一个信息输出通道,
可以输出很多信息,比如指令的执行时间或者ISR触发事件,所以我们可以通过SWD接口配合IDE来获取代码执行时间,从而在某种程度上取代示波器

IAR中使用SWD测量时间

注:下文假设读者已经熟悉IAR的使用方法,如果您不熟悉,请参考网上对应的入门教程

1:配置SWD时钟

这里,我们需要在调试器选项中

1:选择SWD调试接口

2:将时钟频率设置成MCU的时钟频率,同时将SWO时钟选择成自动识别模式

配置完成后,进入debug模式,选择J-Link—>SWD Configuration配置页,重点关注SWO时钟的实际值,如下所示

如果显示不对,则说明SWO配置不对

2:设置时标变量

在示波器方案中,我们需要用某个管脚来测量实际,SWD也类似,只不过将物理管脚替换成某个变量而已。

这里,我们设置TimeLine变量作为时标变量

volatile uint32_t TimeLine = ;

volatile是为了防止TimeLine被编译器优化,从而造成测量值不准确。

3:设置Data Log

Data Log是IAR的一种调试断点,类似数据断点,IAR会实时记录对应的变化,因此被称为Log。

在调试模式下,在TimeLine变量上右击,选择”Set Data Log Breakpoint for ‘TimeLine’”选项

设置后,不会像常规的断点那样用红色来标注,在IAR底下,我们需要进入Jlink的BreakPoint Usage来查看,如下图所示

这里,我们可以清楚的看到TimeLine已经被设置成读写断点

4:使能Data Log和Data Log Summary

在Jlink菜单下,进入Data LogData Log Summary窗口,然后右键选择Enable

至此,我们设置完毕,可以将TimeLine放置在测量的起始,结束位置

5:开始时间测量

我们的测试代码如下

while()
{
TimeLine = ;
index++;
TimeLine = ;
index++;
}

按上述完成配置后,点击Run全速运行几秒钟,然后暂停,可以在Data LogData Log Summary窗口看到对应的信息

咦,为什么全是Overflow???哪里错了

还记得我们刚开始设置SWO的时钟速度吗?当时间测量点的间隔过小,且发送速率过快时,会超出SWO的传输能力,从而造成overflow问题

为了验证确实是这个原因,我们将在代码中插入一些软件延时,如下所示

void delay(volatile uint32_t tick)
{
while(tick--);
} .... while()
{
TimeLine = ;
index++;
delay(0xFFFF);
TimeLine = ;
index++;
delay(0xFFFF);
}

重编译,进入调试模式,全是运行,暂停,ok,这次可以看到一切正常了

/******************** Data log 窗口 ************************/

Time    Approx  PC  Description Type    Value   Address
17040.43 us X 0x8000a6c TimeLine W @ 0x20000390+?
25232.68 us X 0x8000a7c TimeLine W @ 0x20000390+?
33424.99 us X 0x8000a6c TimeLine W @ 0x20000390+?
41617.24 us X 0x8000a7c TimeLine W @ 0x20000390+?
49809.54 us X 0x8000a6c TimeLine W @ 0x20000390+?
58001.79 us X 0x8000a7c TimeLine W @ 0x20000390+?
66194.10 us X 0x8000a6c TimeLine W @ 0x20000390+?
74386.35 us X 0x8000a7c TimeLine W @ 0x20000390+?
82578.65 us X 0x8000a6c TimeLine W @ 0x20000390+?
90770.90 us X 0x8000a7c TimeLine W @ 0x20000390+?
98963.21 us X 0x8000a6c TimeLine W @ 0x20000390+? /********************* Data Log Summary 窗口 *****************/
TimeLine
Total Accesses:
Read Accesses:
Write Accesses: Approximative time count: Overflow count:

另外,我们也可以打开J-link菜单下的TimeLine选项(不要和我们的TimeLine变量搞混了)

效果图如下所示

6:注意事项

当SWO数据量过大的时候,容易出现过冲的情况,解决方案是在调试模式下,单步进行,从而避免发送大数据

全文完,希望本文对您有帮助^_^

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