用SWD调试接口测量代码运行时间

SWD

关于时间测量的种种问题

在嵌入式中，我们经常需要测量某段代码的执行时间或测量事件触发的时间，常规的思路是：

1：在测量起始点，反转电平
2：在测量结束点，再次反转电平

然后通过示波器或者逻辑分析仪来测量反转间隔，也就是代码时间

这种方法，在测量两个或多个时间信号同步的时候，非常有用，实际上，这也是唯一的方法。

但是如果在测量中，其它代码也会控制这个管脚电平或者周期性动作，这时便需要在<动作1>之前
增加前导码，从而便于在繁杂的波形中，一眼识别出需要特定的波形

同时，如果测量的时间值非常小，那么用示波器即便可以识别，但不容易捕获

SWD解决方案

在ARM Cortex-M 芯片中，用SWD调试接口取代了传统的JTAG调试接口，从而占用MCU更少的管脚，同时提高了调试性能。

SWD由四根线组成，SWO，SWDIO，SWCLK，GND；SWDIO和SWCLK组成了基本的串行调试接口，SWO则提供一个信息输出通道，
可以输出很多信息，比如指令的执行时间或者ISR触发事件，所以我们可以通过SWD接口配合IDE来获取代码执行时间，从而在某种程度上取代示波器

IAR中使用SWD测量时间

注：下文假设读者已经熟悉IAR的使用方法，如果您不熟悉，请参考网上对应的入门教程

1：配置SWD时钟

这里，我们需要在调试器选项中

1：选择SWD调试接口

2：将时钟频率设置成MCU的时钟频率，同时将SWO时钟选择成自动识别模式

配置完成后，进入debug模式，选择J-Link–>SWD Configuration配置页，重点关注SWO时钟的实际值，如下所示

如果显示不对，则说明SWO配置不对

2：设置时标变量

在示波器方案中，我们需要用某个管脚来测量实际，SWD也类似，只不过将物理管脚替换成某个变量而已。

这里，我们设置TimeLine变量作为时标变量

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volatile uint32_t TimeLine = 0;

volatile是为了防止TimeLine被编译器优化，从而造成测量值不准确。

3：设置Data Log

Data Log是IAR的一种调试断点，类似数据断点，IAR会实时记录对应的变化，因此被称为Log。

在调试模式下，在TimeLine变量上右击，选择”Set Data Log Breakpoint for ‘TimeLine’”选项

设置后，不会像常规的断点那样用红色来标注，在IAR底下，我们需要进入Jlink的BreakPoint Usage来查看，如下图所示

这里，我们可以清楚的看到TimeLine已经被设置成读写断点

4：使能Data Log和Data Log Summary

在Jlink菜单下，进入Data Log和Data Log Summary窗口，然后右键选择Enable

至此，我们设置完毕，可以将TimeLine放置在测量的起始，结束位置

5：开始时间测量

我们的测试代码如下

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while(1)
{
    TimeLine = 0;
    index++;
    TimeLine = 1;
    index++;
}

按上述完成配置后，点击Run全速运行几秒钟，然后暂停，可以在Data Log和Data Log Summary窗口看到对应的信息

Data Log

Data Log Summary Error

咦，为什么全是Overflow？？？哪里错了

还记得我们刚开始设置SWO的时钟速度吗？当时间测量点的间隔过小，且发送速率过快时，会超出SWO的传输能力，从而造成overflow问题

为了验证确实是这个原因，我们将在代码中插入一些软件延时，如下所示

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void delay(volatile uint32_t tick)
{    
    while(tick--);
}

....

while(1)
{
    TimeLine = 0;
    index++;
    delay(0xFFFF);
    TimeLine = 1;
    index++;
    delay(0xFFFF);
}

重编译，进入调试模式，全是运行，暂停，ok，这次可以看到一切正常了

/******************** Data log 窗口 ************************/

Time    Approx  PC  Description Type    Value   Address
17040.43 us X   0x8000a6c   TimeLine    W   0   @ 0x20000390+?
25232.68 us X   0x8000a7c   TimeLine    W   1   @ 0x20000390+?
33424.99 us X   0x8000a6c   TimeLine    W   0   @ 0x20000390+?
41617.24 us X   0x8000a7c   TimeLine    W   1   @ 0x20000390+?
49809.54 us X   0x8000a6c   TimeLine    W   0   @ 0x20000390+?
58001.79 us X   0x8000a7c   TimeLine    W   1   @ 0x20000390+?
66194.10 us X   0x8000a6c   TimeLine    W   0   @ 0x20000390+?
74386.35 us X   0x8000a7c   TimeLine    W   1   @ 0x20000390+?
82578.65 us X   0x8000a6c   TimeLine    W   0   @ 0x20000390+?
90770.90 us X   0x8000a7c   TimeLine    W   1   @ 0x20000390+?
98963.21 us X   0x8000a6c   TimeLine    W   0   @ 0x20000390+?

/********************* Data Log Summary 窗口 *****************/
TimeLine
  Total Accesses:   335
  Read Accesses:    0
  Write Accesses:   335

Approximative time count: 335

Overflow count: 0

另外，我们也可以打开J-link菜单下的TimeLine选项（不要和我们的TimeLine变量搞混了）

效果图如下所示

6：注意事项

当SWO数据量过大的时候，容易出现过冲的情况，解决方案是在调试模式下，单步进行，从而避免发送大数据

全文完，希望本文对您有帮助^_^