8051、ARM和DSP指令周期的測試與分析

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作者：華中科技大學(xué) 李達義時間：2007-03-19 來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用

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在實時控制系統(tǒng)中，選擇微控制器的指標時最重要的是計算速度的問題。指令周期是反映計算速度的一個重要指標，為此本文對三種最具代表性的微控制器（AT89S51單片機、ARM7TDMI核的LPC2114型單片機和TMS320F2812）的指令周期進行了分析和測試。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循環(huán)的周期。為了將整個循環(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算每一條匯編語言的指令周期。

1 AT89S51工作機制及指令周期的測試

AT89S51單片機的時鐘采用內(nèi)部方式，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖進行2分頻。由于時鐘周期為振蕩周期的兩倍（時鐘周期＝振蕩周期P1+振蕩周期P2），而1個機器周期含有6個時鐘，因此1個機器周期包括12個晶振的振蕩周期。取石英晶振的振蕩頻率為11.059 2 MHz，則單片機的機器周期為12/11.059 2=1.085 1 μs。51系列單片機的指令周期一般含1～4個機器周期，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，對單片機的P1口的最低位進行循環(huán)置位操作和清除操作。源程序如下：

　　#include
        main() {
　　while(1) {
　　　　P1=0x01;
　　　　P1=0x00;
　　               }
                   }

采用KEIL uVISION2進行編譯、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，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個機器周期（其中“MOV P1(0x90),#0x01”占用2個機器周期，“CLR A”和“MOV P1(0x90),A”各占用1個機器周期，最后一個跳轉(zhuǎn)指令占用2個機器周期），則總的循環(huán)周期為6