8051、ARM和DSP指令周期的測試與分析

摘要 在實時嵌入式控制系統中，指令周期對系統的性能有至關重要的影響。介紹幾種最常用的微控制器的工作機制，采用一段循環語句對這幾種微控制器的指令周期進行測試，并進行分析比較。分析結論對系統控制器的選擇有一定的指導作用。

關鍵詞 指令周期測試 AT89S51 LPC2114 TMS320F2812

　　在實時控制系統中，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口設置為數字輸出口，并采用循環不斷地置位和清零，通過觀察GPIO口的波形變化得到整個循環的周期。為了將整個循環的周期與具體的每一條指令的指令周期對應起來，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部方式，時鐘發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進行編譯、鏈接，生成可執行文件。當調用該集成環境中的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源程序對應的匯編語言代碼。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，最后一個跳轉指令占用2個機器周期），則總的循環周期為6