牛人工程师与PIC32一个月发生的研发故事

——

作者：时间：2014-06-25 来源：网络收藏

测量性能

　　在早期的一些日子里，我的好奇心促使我想知道PIC32究竟带来什么好性能。在我的16位器件一书的第四章中，即“Numb3rs”，我对执行基本的算术运算所需的指令周期数进行了统计，并将它们与各类整数和浮点类型进行了比较。这在时钟周期与所执行的指令密切相关的场合，如PIC24和dsPIC DSC内核中那样，这种方法是合理的。但在PIC32内核中，由于采用了MIPS的传统，为“比赛”增加了“难度”。每个时钟周期所执行的指令是可变的，因为当执行代码快于闪存额定速度(每30MHz只插入一个时钟周期)时可以插入等待状态，或者可以无关，这要归功于预取状态机(能够一次预取四条指令)。最后，激活一个高速缓存，进一步改进了高速性能。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/248807.htm

PIC32的高速缓存使得周期数有点不可预测，也许变得没有意义。我好像觉得我从货物推车一下子升级到了一级方程式赛车一样!于是，我决定需要在32位器件一书中增加一章关于PIC32的性能调整内容。为了给PIC32加上重载荷，我找到我在大学读书时学习基本数字信号处理的一个老代码程序：即快速付里叶变换。我采用的是标准浮点结构，没有手工和编译器优化。另外还用了一个32 位定时器，让PIC32自己计时，随后我逐步地开始选用一些新的程序选项。

　　开始时，我激活指令预取，然后我找到高速缓存，再随后我通过人工方式调整等待状态。一开始性能改善极大，并且随着之后对配置进行进一步的细调，性能改善更多。最终，我意识到最佳的配置必须随应用定制，但必须由标准器件库中的SYSTEMConfigPerformance()提供一个好的起点。

　　学习外设库

　　这是我第一次使用“标准”外设库，也是这种爱/恨关系的开始。由于我在非常小型的8位器件上使用汇编进行代码开发已经许多年了，且通常都是需要采用手工优化客户代码，我基本上都是自己亲自工作，最终我开发出了一些自己的器件库。

　　这一次，在投放PIC32产品之前一年多的时间，我不仅移植了16位器件的库，还对它们进行了扩展来支持一系列新功能。我没有更多的理由-唯一理由就是我自己必须掌握并学会如何使用它们。参见用于一个使用该外设库的程序代码段的Listings1和2，见图2。

　　图2：代码移植时用于一个使用该外设库的程序代码段的Listings1和2。

　　通过利用这个新库，16位和32位应用之间的代码兼容“绝对”没有问题。即便是外设寄存器上的极小差别也可以通过应用代码完全消除。实际上，这使得一个应用在16位器件和32位器件上都可以运行，从而开发人员面向两种架构，却维护统一的代码基。

　　不过，虽然在器件数据页中对硬件控制寄存器名称已有注明(甚至每一位都很详细)，但却没有所有的功能/宏名及其参数。很多时候，我发现必须将单个的包含文件与器件数据页进行比较，尝试着去猜测究竟有哪些控制位与一个特定的库参数相关。当利用最简单的库(比如I/O端口操作)时，这是一件特别麻烦的事情，对我来说，在这里，库抽象层的优点更值得质疑。

　　最终，我发现可以采取一个平衡折中。即可以采用传统的方法访问绝大部分的基本外设 (例如I/O端口和计时器)，而在使用更复杂/新外设时才使用库。于是，我迅速通过了有关代码的几个章节，实际上什么都没有改。这些章节包括：SD /MMC接口，FAT16文件I/O甚至包括WAV音乐文件重放。

　　当我决定再深入地研究中断时，以及后来开始使用PIC32的新DMA模块时，这些库的好处就变得很明显了。

　　PIC32提供两种中断选择：一种是非常类似于PIC16/18 8位架构操作方式的单矢量模式(顺便指出，与RTOS也更加友好)，另一种是更类似于16位PIC24MCU和dsPIC DSC工作模式的多矢量模式。利用interrupt.h库来设置参数是轻而易举的事情。

　　是我开始尝试移植第12章中代码的时候了：“黑屏”确实是一件有趣的事情。用PIC24，我能够演示SPI端口是如何的简单，只需要三只电阻器，几个中断，以及一些创新就可以产生一个复合视频信号，特别是可以将任意的电视机转换成单色显示器。要产生一个视频信号，需要中断代码与外设之间的精密协调。实际上，因为即便是在输出定时上只差一个时钟周期，在显示器屏幕的左侧就会产生可见的抖动(所有的竖直线都变得像锯齿一样)，故训练结果将是用于中断“决策”的一个理想放大镜，这是PIC架构传统上一直出众的特性。然而不幸的是，根据定义，指令预取和存储器缓存机制都是非确定的。

　　经过一段苦思冥想，我最终明白了。我在试图做不应该做的事情!32位内核是为了提高性能而设计的。其使命是C代码的运行尽可能地快，而把实时严格的工作留给外设。特别是，DMA外设是一个非常好的工具。

　　最终，我想出了如何利用定时器直接产生复合视频信号，并将DMA数据传输同步到SPI端口的方法。这种新方案提供了确定性的定时，而且还将CPU的开销减少了大约25%到5%。几个小时工作后，我完成了2D和3D视频演示并运行，还加上了动画，从高清显示一直到单显VGA(实例见图3和图4)。