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让单片机运行速度更快一些
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让单片机运行速度更快一些
本文就如何提高的运行速度与读者们展开探讨。& &
1 问题的提出
1.1 硬件技术背景
单片机的频率越来越高，RAM的访问速度也来也快，但单片机系统的效率并不一定成比例的提高。
目前，使用的主流单片机有80386EX(50MHz，外部地址/数据16位)、MPC860T(66MHz，外部地址/数据总线32位)以及DS80C32(25MHz，外部地址/数据总线8位)；使用的SDRAM有HY57系列、K416系列(访问速度100MHz或133MHz)；使用的SRAM 如71024、IDT7256(50MHz)；使用的Flash有AT29C512、SST39VF040、AT29C010(8MHz或15MHz)等。可见，SDRAM，SRAM的速度和单片机是匹配的，甚至比单片机的速度更快一点，不需要单片机插入等待状态。而flash的访问频率则比单片机慢2~6倍，单片机往往要通过插入多个等待状态来和它相匹配，况且Flash多为8位，而当前单片机多为16，32位，更多的降低了单片机的工作性能。
根据上述分析，如果提高Flash的访问速度，扩展Flash为16位或32位，那么程序执行的速度就快了，单片机的性能也就提高了。如果能够将这一想法变成事实，而且成本低廉的话，那是最好不过的事情。事实上，可以将8位的Flash扩展为16位、甚至32位，但要付出2~4倍的成本。由于Flash结构及工艺原因，在目前不可能有高达66MHz的商用化且价格低廉的Flash。所以，只能通过其它方式来提升单片机的运行速度。
1.2 软件技术背景
首先，看看传统单片机程序的运行原理，为了便于说明，假定硬件平台为860T，时钟为50MHz；SDRAM空间4M×32bit，地址范围从0xx00FFFFFF，访问时间10ns；Flash空间512K×8bit，访问时间为100ns,地址范围从0xx0287FFFF(至于其它单片机，运行原理大致相同，可以类推)。860T在上电后，PC(Program Counter)=0x2800100，程序从PC指定的地方执行，首先执行初始化代码(BootCode)，再执行主程序(AppCode)。程序从Flash中读取指令(code)，来完成数据的传输——可能是SDRAM和内部寄存器的传输，SDRAM之间的传输，SDRAM和外设的传输，中断处理等各项工作。可见在程序运行时，很大一部分时间是从Flash中读取指令，而这个过程是很费时间的。以假定的860T硬件平台为例，因为Flash访问时间为100ns，所以读一条指令的时间至少是100ns，也就是说860T读一条指令的时候要等待100ns。(指令cache通过预取指令的方式，可以使实际取指令时间短一些，但这种方法的效果并不明显，况且很多单片机还没有指令cache。)
860T平台的内存分配如图1所示。
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图1&&传统单片机的内存分配模式
2 将代码从Flash搬运到SDRAM中的原理
通过上述分析，初始化代码BootCode只在程序启动的时候执行，就是慢一点，也可以接受。真正影响性能的是主程序(AppCode)，因为这里的代码在不停的重复执行，如果可以缩短它的取指令时间，则单片机的空闲时间将大大减少，性能也就提高了很多。SDRAM的速度比较快，如果将代码搬运到SDRAM中，取指令时间就减少了很多；而且SDRAM空间大，不会因为代码占用了一部分空间而影响性能。但这不仅仅是简单的搬运过程，有物理存储器地址的变化牵涉在这个过程中。将软件源代码转换成可执行的二进制映像包括三个步骤：首先，每一个源文件都必须被编译或汇编到一个目标文件(object file)；第二步，所有的目标文件要连接成一个目标文件，它叫可重定位程序(relocation program)；最后，在一个称为重定址(relocation)的过程中，要把物理存储器地址指定给可重定位程序里的每个相对偏移处，生成一个可执行的二进制映像文件。如果在Flash中运行，则所有的物理存储器地址应该在Flash的地址空间中。如果要在RAM中运行，则所有的物理存储器地址应该在Flash的地址空间之中。也就是说，如果要使从Flash中搬运到SDRAM中的代码可用，则必须改变被搬运代码的物理存储器地址。
3 搬运代码的实现方法
下面结合假定的硬件平台，详细描述物理存储器地址重定位，代码搬运的原理及过程。我们编写两个c文件——RomTool.c、RAMapp.c。
RomTool.c完成860T初始化，SDRAM的刷新，中断及外设的初始化；Flash到SDRAM的代码搬运驱动模块及跳转模块。对应的二进制映像文件为RomTool.bin。
RAMapp.c是实际的应用程序, 对应的二进制映像文件为RAMapp .bin。RAMapp.bin被搬运后在SDRAM中运行。
3.1 物理存储器地址映射规则
RomTool.c的物理地址映射规则为：数据放在起始为0x3000，大小为0xf0000的SDRAM空间里；代码被烧结在起始为0x，大小为0x10000的Flash空间里，不会被搬运，也在该空间里运行。
所以在RomTool.lnx中指定的定位规则也应该是这个地址范围，如下：
　　ram1: ORIGIN = 0x, LENGTH = 0xf000
　　flash: ORIGIN = 0x, LENGTH = 0x1000
　　SECTIONS
　　.data : {} & ram1
　　.text : {} & flash
　　RamApp.c的物理地址映射规则为：
数据放在起始为0x3000，大小为0xf0000的空间里；代码被烧结在起始为0x，大小为0x70000的Flash中，它要被搬运到起始为0x00F00000，大小为0x70000的SDRAM空间里，即RamApp.Bin实际在SDRAM中运行。
所以，在RamApp.lnx中指定的定位规则应该在SDRAM中，如下：
　　ram1: ORIGIN = 0x, LENGTH = 0xf000
　　ram: ORIGIN = 0x00F00000, LENGTH = 0x7000
　　SECTIONS
　　.data : {} & ram1
　　.text : {} & ram
最后，在860单片机系统的地址映射规则如图2所示。对照图1，可以观察到这和传统的程序地址映射有很大不同。
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图2&&地址映射表
3.2 搬运的过程
860T上电复位，RomTool.bin首先被执行，完成初始化工作后，运行代码搬运函数，将RAMapp.bin搬运到SDRAM中，随后改变PC(Program Counter)的值，无条件转移到SDRAM中运行RAMapp.bin，如图3所示。
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图3&&从Flash到SDRAM搬运代码的过程
3.3 搬运代码的驱动模块及跳转模块源代码
(1)搬运代码驱动模块的代码
& & void MoveCodeF_to_RAM(UWORD *FlashCode_Add, UWORD *RamCode_Add,UWORD CodeLen) {
　　*RamCode_Add++ = *FlashCode_Add++;
　　CodeLen?
　　} while ( CodeLen!=0)
该段代码是将开始地址为FlashCode_Add，长度为CodeLen的Flash代码搬运到开始地址为RamCode_Add，长度为CodeLen的SDRAM 中。
(2)主函数及跳转模块
　　#define FlashCode_Add_V 0x
　　#define RamCode_Add_V 0x00f00000
　　#define CodeLen_V 0x
　　void main(){
　　UWORD *I=(UWORD *) FlashCode_Add_v;
　　UWORD *j= (UWORD *) RamCode_Add_v;
　　UWORD *k= (UWORD *) CodeLen_V;
　　MoveCodeF_to_RAM( (UWORD *) i, (UWORD *) j, (UWORD *)k );
　　# 跳转模块
　　asm(“addis r2,0,0x00f0”);
　　asm(“ori r2,r2,0x0000”); # 代码起始地址0x00f00000
　　asm(“mtspr LR,r2”);
　　asm(“bclr 20,0”); # 无条件转跳到链接寄存器
　　# (LR)中的地址
　　FlashCode_Add_V：被搬运代码的首地址，在Flash中。
　　RamCode_Add_V：被搬运代码的目标地址，在RAM中。
　　CodeLen_V：被搬运代码的长度，按32位计算。
该函数在调用代码搬运MoveCodeF_to_RAM函数，将代码从Flash搬运到SDRAM中后，将程序指针转移到SDRAM中。注意跳转的地址一定要和RamCode_Add_V一致。
可见，正确完成代码搬运的关键在于：
① 确定被搬运代码的物理地址映射规则， 物理地址一定是在SDRAM中；
② 被搬运代码是被烧结在Flash中，后来又被搬运到SDRAM中；
③ 无条件转移到SDRAM中，运行被搬运代码(应用程序代码)。
对于其它型号的单片机，可以根据该原理类推，方法是一样的，只是具体的代码不同而已。相信你的单片机系统在经过这样的处理后，效率一定会高很多。
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最近想做一个用旋转编码器测转速的东西，想用STC的15W系列单片机，用下降沿中断采集，最高速度大约每秒60000次，请问一下有做过的，这个速度，用15W4K工作在22.1184的时钟下可以做到吗？
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如果只是测转速，用计数器做更好，最高可以做到1/2FOSC
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才60000，一点问题都没有。采样不需要中断去累加。像benli说的那样，用计数器就可以了。单片机只需要处理单位时间中断就可以了。比如10ms中断一次，读取计数器的值，然后清零重新计数。就算用中断累加，也没有任何问题。
这个速度对单片机来说是很慢很慢的速度了，单片机只要外部中断信号超过2个时钟就可以检测到，24MHZ一个时钟只要1/秒，零有没有打多少或打少？
恩，用的是一周360个脉冲的旋转编码器，转速要能达到一万转每分钟，我算了一下，大约就是每秒60000个脉冲。
这是完全可以的
你说的是T0/T1的计数器模式还是PCA？
:恩，用的是一周360个脉冲的旋转编码器，转速要能达到一万转每分钟，我算了一下，大约就是每秒60000个脉冲。 ( 16:41) 测0.1秒间隔内的计数，然后乘600就是每分钟的转速了吧。当然如果最低转速太小的话，这个间隔就需要调整了。否则误差就会比较大了。
检测到信号只需要2个周期，但是进入中断处理数据至少要十几个周期
t0，t1，t2的计数器模式足矣，又简单
那么多人觉得简单，用计数器就可以。方向是对的，但是真正做起来不信试试看，有很多细节需要处理，否则计出来的数一塌糊涂。实际我做项目时遇到的问题不是靠网上你抄我我超你的千篇一律的文章能解决的
对啊，我也觉得好像没那么简单。
要精确的确有很多细节要处理，任何事做好都没那么简单
:那么多人觉得简单，用计数器就可以。方向是对的，但是真正做起来不信试试看，有很多细节需要处理，否则计出来的数一塌糊涂。实际我做项目时遇到的问题不是靠网上你抄我我超你的千篇一律的文章能解决的 ( 00:00) 方向对了，就成功了一半了。细节处理当然会有，这才是开发呀！总体来说这个案子还算是简单的。你说的很对，如果靠抄别人的代码那是做不好东西的。思路上的微小差异，如果不能把别人的想法理解吃透，一旦遇到问题自己就无法解决了。其实要看懂吃透别人的程序，有的时候比自己开发还要困难，还不如自己脚踏实地的做。当然如果是可读性很好的代码，那是可以拿来学习参考的。
车机音量开关是旋转编码器么
这个问题太笼统了，有用编码器的，也有用电位器的，要看具体型号
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