arduino的性能测试

飞向狙沙

前言:开发语言没有好与坏,只有适合不适合,希望大家不要开范围炮


MCU:STM32F03RCT6
采样频率:16Mhz
语言:paltformIO(Arduino)
主频:默认,应该是72MHZ
操作IO:PC0-PC7


测试背景:最近折腾一个128*160的8080并口屏,使用arduino写demo测试.库没找到8080并口的,都是IIC和SPI的,就从网上找demo移植了一个,结果刷新速度不尽人意,清一屏差不多1s,明显太不理想了.研究了下最大的原因主要有两点:1.arduino不支持并口操作,只能一位一位的写(我是没找到对应方法),这就导致速度差了8倍 2.arduino在LL库上又进行了多层封装,调用方法本身就有时间开销.
所以测试直接把IO操作换成调用寄存器,结果效果显著,清屏速度差不多能到40帧(速度都是估算,没用精确测试)


以下用逻辑分析仪测试下实际速度
1:digitalToggle切换IO状态

1. void loop() {
   
2.   digitalToggle(PC0);
   
3. }

复制代码

2:寄存器切换IO状态

1. void loop() {
   
2.   WRITE_REG(GPIOC->ODR, READ_REG(GPIOC->ODR) ^0x01);
   
3. }

复制代码

可见配置单个IO用digitalToggle用时0.625us,寄存器用时0.3125us,差了一倍,但是这个时间并不准确,因为这个时间还包括了方法调用
3:方法内digitalToggle多次切换IO

1. void loop() {
   
2.   digitalToggle(PC0);
   
3.   digitalToggle(PC0);
   
4. }

复制代码

可见后一次切换明显比前一次时间长,digitalToggle操作实际用时应为0.3125us
4:方法内寄存器多次切换IO

1. void loop() {
   
2.   WRITE_REG(GPIOC->ODR, READ_REG(GPIOC->ODR) ^0x01);
   
3.   WRITE_REG(GPIOC->ODR, READ_REG(GPIOC->ODR) ^0x01);
   
4. }

复制代码

同样两次寄存器操作,可见寄存器操作实际用时62.5ns,差距明显
5:digitalToggle模拟并口操作

1. void loop() {
   
2.   digitalToggle(PC0);
   
3.   digitalToggle(PC1);
   
4.   digitalToggle(PC2);
   
5.   digitalToggle(PC3);
   
6.   digitalToggle(PC4);
   
7.   digitalToggle(PC5);
   
8.   digitalToggle(PC6);
   
9.   digitalToggle(PC7);
   
10.   digitalToggle(PC0);
    
11.   digitalToggle(PC1);
    
12.   digitalToggle(PC2);
    
13.   digitalToggle(PC3);
    
14.   digitalToggle(PC4);
    
15.   digitalToggle(PC5);
    
16.   digitalToggle(PC6);
    
17.   digitalToggle(PC7);
    
18. }

复制代码

8位操作一次用时2.938us
6:寄存器并口操作

1. void loop() {
   
2.   WRITE_REG(GPIOC->ODR, READ_REG(GPIOC->ODR) ^0xFF);
   
3.   WRITE_REG(GPIOC->ODR, READ_REG(GPIOC->ODR) ^0xFF);
   
4. }

复制代码

用时还是62.5ns,可见和digitalToggle位操作相比写一次并口快了2938/62.5=47倍


后记:
实际上不光是arduino慢,HAL库一样慢,快慢只是相对的,arduino底层也是调用的LL库,自己觉着哪个顺手用哪个就好,需要关注性能的时候可以考虑寄存器混合开发,虽然这样对于arduino来说失去了可移植性,但是实际上特别是搞diy的有几个需要考虑移植呢

diyocean

arduino 还是做的效率不错的，尤其是原来的atmel系列优化很好。            m3内核可能会差一点   

jpdd521

高手啊，看赏。。。

丶陪妳看流星

我都用micropython了，根本不考虑速度

飞向狙沙

jpdd521 发表于 2022-7-21 11:04
高手啊，看赏。。。

就是个老菜鸟

飞向狙沙

丶陪妳看流星 发表于 2022-7-21 11:24
我都用micropython了，根本不考虑速度

语言是死的,人是活的,只要把想要的功能做出来就是高质量优质人才

inthsunshine

我现在都直接用寄存器操作, 快捷高效, diy不需要考虑什么移植

玛德陛下

这个厉害

freemancn

我也来测试一下。
我用C++写了STM32F103，硬件运行频率和你相同，自己做了硬件抽象层可以兼容不同品牌的MCU。
1.IGpioPin是对GPIO的抽象，是一个虚基类，内部的方法都是虚方法没有方法体。




2.CGpioPin是STM32F103单片机的具体实现，继承IGpioPin。实现所有虚方法，使用的是寄存器操作。这里面方法体是有代码的，由于篇幅原因就不展开显示了。

3.main.cpp在这个里面初始化单片机的运行频率和其它一些东西，然后反转一个GpioPin进行测试。


4.测试结果是


5.当把while循环体改为GpioPin状态反转后的测试结果为。ToggleState使用的是位带操作。





6.程序的编译结果如下图
程序长度：1728 bytes
内存消耗：2188 bytes

编译器是ARM官方的GCC 10.3.1

kpj001

Arduino 本来定位就是 业余DIY， 所以牺牲性能增加易用是值得的。各种库、简单到复制粘贴即可。至于追求极限性能效率的可能也不会想着用arduino搞开发。