Calculer le temps d’exécution d’une instruction sous PIC 18F

Mise en situation


Étant donné la boucle suivante:

Start:
         PORTD = 1
         PORTD = 0
AllerA   Start

Quel sera la fréquence présentée à la broche RD0?

Si nous connaissons la fréquence de Fosc et le nombre de cycles requis pour exécuter une instruction alors cela ne devrait être qu’un simple exercice de mathématique…

Labo-02.test03

Petit rappel

Les microntroleurs PIC de la famille 18F exécutent une instruction en 4 cycles d’horloge. Il y a des exceptions comme par exemple, l’instruction ‘goto’ qui doit lire l’adresse de destination sur 4 octets, ce qui nécessite 8 cycles d’horloge.

Pour simplifier la démonstration, disons que toutes les instructions sont exécutées en 4 (4 hz) cycles d’horloge.

Si notre PIC a une fréquence d’oscillateur (Fosc) de 8mHz alors 8 000 000 / 4 permet de calculer le nombre d’instructions à la seconde.

Ici, cela donne 2 millions d’instructions à la seconde. Ou si vous préférez, 2 MIPS.

Certains modes de configuration de l’horloge permettent de présenter Fosc/4 sur la broche OSC2 du PIC.

Directives

Pour ce labo, nous utiliserons le montage présenté ici, avec l’horloge interne programmée à 8mHz:

#pragma config FOSC = INTOSC_EC
#define VITESSE_8MHZ 0b01110000
...
OSCCON = VITESSE_8MHZ;

Code source du projet

/*
* Project: Tester l'horloge interne du 18F4553 sous MPLAB X IDE v2.10 et XC8
* Labo: 02
* Auteur: Alain Boudreault
* Date: 2014.06.15
* -----------------------------------------------------------------------------
* Description:
*
* Le but de ce projet est de tester le temps d'exécution des instructions
* du PIC
*
* le PORTD.RD0 sera utilisé pour produire un signal qui sera
* par la suite mesuré grace à un scope digital.
* -------------------------------------------------------------------
* Test no 1: Horloge interne à 8mhz
* Boucle sur PORTD.RD0, on/off en utilisant tout PORTD
*
* PORTD = ON;
  PORTD = OFF;

61 007FF6 l9:
62
63 ;main.c: 52: PORTD = 1;
64 007FF6 0E01 movlw 1
65 007FF8 6E83 movwf 3971,c ;volatile
66
67 ;main.c: 54: PORTD = 0;
68 007FFA 0E00 movlw 0
69 007FFC 6E83 movwf 3971,c ;volatile
70 007FFE D7FB goto l9
*
* -------------------------------------------------------------------
* Test no 2: Horloge interne à 8mhz
* Boucle sur PORTD.RD0, on/off en utilisant PORTDbits
*
* PORTDbits.RD0 = ON;
  PORTDbits.RD0 = OFF;

61 007FFA l9:
62
63 ;main.c: 52: PORTDbits.RD0 = 1;
64 007FFA 8083 bsf 3971,0,c ;volatile
65
66 ;main.c: 53: PORTDbits.RD0 = 0;
67 007FFC 9083 bcf 3971,0,c ;volatile
68 007FFE D7FD goto l590
* -------------------------------------------------------------------
* Test no 3: Horloge interne à 8mhz
* Boucle sur PORTD.RD0, on/off en utilisant PORTDbits et
* des NOP
61 007FEE l590:
62
63 ;main.c: 64: PORTDbits.RD0 = 1;
64 007FEE 8083 bsf 3971,0,c ;volatile
65 007FF0 F000 nop ;#
66 007FF2 F000 nop ;#
67 007FF4 F000 nop ;#
68 007FF6 F000 nop ;#
69
70 ;main.c: 69: PORTDbits.RD0 = 0;
71 007FF8 9083 bcf 3971,0,c ;volatile
72 007FFA F000 nop ;#
73 007FFC F000 nop ;#
74 007FFE D7F7 goto l590

*
*/

#include "pic18F4553.h"

#define test01
//#define test02
//#define test03

#define ON 1
#define OFF 0
#define END_OF_TIME 1
#define SORTIE 0
#define VITESSE_8MHZ 0b01110000
#pragma config FOSC = INTOSC_EC // Horloge interne avec fz/4 sur OSC2

void main(void) {
TRISD = SORTIE; // Broche pour le mesure de fréquence
OSCCON = VITESSE_8MHZ; // Renseigner l'horloge à 8mHz
while (END_OF_TIME) {

// Test01 - Écriture sur le PORTD complet
#ifdef test01
PORTD = ON;
PORTD = OFF;
#endif

// Test02 - Écriture sur seulement un bit du PORTD
#ifdef test02
PORTDbits.RD0 = ON;
PORTDbits.RD0 = OFF;
#endif

// Test03 -
#ifdef test03
PORTDbits.RD0 = ON;
asm("NOP");
asm("NOP");
asm("NOP");
asm("NOP");
PORTDbits.RD0 = OFF;
asm("NOP");
asm("NOP");
#endif

} // while
} // main()


 Test 01 – Écriture sur le PORTD

#define test01
#ifdef test01
        PORTD = ON;
        PORTD = OFF;
#endif

Le compilateur produira le code assembleur suivant:

007FF6 l9:

007FF6 0E01 movlw 1       ; PORTD = 1
007FF8 6E83 movwf 3971,c

007FFA 0E00 movlw 0       ; PORTD = 0
007FFC 6E83 movwf 3971,c

007FFE D7FB goto l9

Note: il est important de le consulter si nous voulons connaitre le nombre d’instructions de notre programme.

 

Résultat au scope digital

Labo-02.test01

 

Explications

Le premier canal du scope digital présente le signal présent à la broche OSC2, donc Fosc/4.  Chaque cycle de ce signal représente le temps requis pour exécuter une instruction.  Notre programme comporte 5 instructions + 1 (goto).

Il faut donc 6 cycles pour compléter la boucle ou 24hz (6*4) impulsions de Fosc.

Les deux (2) premiers cycles du graph représente le temp requis pour renseigner PORTD à 0.

Les quatre (4) suivants, le temps requis pour retourner au début de la boucle puis renseigner PORTD à 1.

Le signal présent sur RD0 est de 333.33kHz avec un duty cycle de 25%.

La valeur de lecture du signal de RD0 permet de calculer la vitesse d’horloge du PIC:

333.33k * 6 instructions * 4 cycles =  8mHz.

La boucle est exécutée en 6 instructions * 4 cycles / 8mHz = 0,000003 sec (3 uSec)

À une vitesse d’horloge de 8mhz, nous pouvons conclure qu’une instruction est exécutée en 0,5 uSec.


Test 02 – Écriture sur seulement un bit du PORTD

#define test02
#ifdef test02
        PORTDbits.RD0 = ON;
        PORTDbits.RD0 = OFF;
#endif

Résultat au scope digital
Labo-02.test02

 

Explications

À venir…

 


Test 03 – Insertion de  NOPs, pour obtenir un rapport 0/1 de 50% (duty cycle)

#ifdef test03
       PORTDbits.RD0 = ON;
       asm("NOP");
       asm("NOP");
       asm("NOP");
       asm("NOP");
       PORTDbits.RD0 = OFF;
       asm("NOP");
       asm("NOP");
#endif

Résultat au scope digital

Labo-02.test03

 

Explications

À venir…

 

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