8051、ARM和DSP指令周期的測試與分析

摘要 在實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)中，指令周期對(duì)系統(tǒng)的性能有至關(guān)重要的影響。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)語句對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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1～4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(duì)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(chǔ)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