使用DWT在ARM Cortex-M上实现周期计数的方法

天南地北客

一些ARM Cortex-M内核实现了DWT（数据观察点和跟踪）单元，该单元有一个很好的功能，在内部可以计算执行周期。 DWT通常在大多数Cortex-M3、M4和M7器件上都已经实现了，包括如恩智浦的Kinetis或LPC器件。

概览

执行分析工具，如SEGGER SystemView，使用DWT来测量代码执行所用的时间。 这篇文章主要介绍如何直接从应用程序代码使用，或启用周期计数并且在调试时进行监视。

寄存器和访问函数

DWT通常在Cortex-M3或更高版本中实现，但Cortex-M0(+)没有实现改功能。 要使用该功能，需要访问几个调试寄存器。 您可以使用CMSIS-Core头文件来实现此目的，但由于在不使用CMSIS-Core的情况时只有很少的寄存器，因此需要下面我将要使用的定义：

1. /* DWT (Data Watchpoint and Trace) registers, only exists on ARM Cortex with a DWT unit */
   
2.   #define KIN1_DWT_CONTROL             (*((volatile uint32_t*)0xE0001000))
   
3.     /*!< DWT Control register */
   
4.   #define KIN1_DWT_CYCCNTENA_BIT       (1UL<<0)
   
5.     /*!< CYCCNTENA bit in DWT_CONTROL register */
   
6.   #define KIN1_DWT_CYCCNT              (*((volatile uint32_t*)0xE0001004))
   
7.     /*!< DWT Cycle Counter register */
   
8.   #define KIN1_DEMCR                   (*((volatile uint32_t*)0xE000EDFC))
   
9.     /*!< DEMCR: Debug Exception and Monitor Control Register */
   
10.   #define KIN1_TRCENA_BIT              (1UL<<24)
    
11.     /*!< Trace enable bit in DEMCR register */

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为了使用这些寄存器，我已经定义了一组“类似函数”的宏，可以在应用程序代码中使用：

1. #define KIN1_InitCycleCounter() \
   
2.   KIN1_DEMCR |= KIN1_TRCENA_BIT
   
3.   /*!< TRCENA: Enable trace and debug block DEMCR (Debug Exception and Monitor Control Register */
   
4. 
   
5. #define KIN1_ResetCycleCounter() \
   
6.   KIN1_DWT_CYCCNT = 0
   
7.   /*!< Reset cycle counter */
   
8. 
   
9. #define KIN1_EnableCycleCounter() \
   
10.   KIN1_DWT_CONTROL |= KIN1_DWT_CYCCNTENA_BIT
    
11.   /*!< Enable cycle counter */
    
12. 
    
13. #define KIN1_DisableCycleCounter() \
    
14.   KIN1_DWT_CONTROL &= ~KIN1_DWT_CYCCNTENA_BIT
    
15.   /*!< Disable cycle counter */
    
16. 
    
17. #define KIN1_GetCycleCounter() \
    
18.   KIN1_DWT_CYCCNT
    
19.   /*!< Read cycle counter register */

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典型用法

要使用周期计数功能，必须配置和启用DWT。 如果使用调试器连接到目标，则DWT通常已经由调试器启用。 要使得它在没有活动的调试会话下工作正常，必须首先在代码中进行初始化。

1. uint32_t cycles; /* number of cycles */
   
2. 
   
3. KIN1_InitCycleCounter(); /* enable DWT hardware */
   
4. KIN1_ResetCycleCounter(); /* reset cycle counter */
   
5. KIN1_EnableCycleCounter(); /* start counting */
   
6. foo(); /* call function and count cycles */
   
7. cycles = KIN1_GetCycleCounter(); /* get cycle counter */
   
8. KIN1_DisableCycleCounter(); /* disable counting if not used any more */

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周期计数器

在调试会话期间监视周期计数器很容易实现：在“Expressions”视图中添加以下表达式：

1. (*((volatile uint32_t*)0xE0001004))

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通过这样，视图就可以显示当前的周期计数器了：

总结

如果您正在使用的ARM Cortex-M具有DWT功能，那么可以使用周期计数器来测量执行代码所花费的周期。这种方式可以用于延迟循环或者测量执行时间。

参考连接：

■    DEMCR寄存器：http://infocenter.arm.com/help/i ... 0337e/CEGHJDCF.html

■    DWT寄存器： http://infocenter.arm.com/help/i ... 0439b/BABJFFGJ.html

■    DWT控制寄存器：http://infocenter.arm.com/help/i ... 37e/ch11s05s01.html