8051、ARM和DSP指令周期的测试与分析

摘要 在实时嵌入式控制系统中，指令周期对系统的性能有至关重要的影响。介绍几种最常用的微控制器的工作机制，采用一段循环语句对这几种微控制器的指令周期进行测试，并进行分析比较。分析结论对系统控制器的选择有一定的指导作用。

关键词 指令周期测试 AT89S51 LPC2114 TMS320F2812

　　在实时控制系统中，选择微控制器的指标时最重要的是计算速度的问题。指令周期是反映计算速度的一个重要指标，为此本文对三种最具代表性的微控制器（AT89S51单片机、ARM7TDMI核的LPC2114型单片机和TMS320F2812）的指令周期进行了分析和测试。为了能观察到指令周期，将三种控制器的GPIO口设置为数字输出口，并采用循环不断地置位和清零，通过观察GPIO口的波形变化得到整个循环的周期。为了将整个循环的周期与具体的每一条指令的指令周期对应起来，通过C语言源程序得到汇编语言指令来计算每一条汇编语言的指令周期。

1  AT89S51工作机制及指令周期的测试

　　AT89S51单片机的时钟采用内部方式，时钟发生器对振荡脉冲进行2分频。由于时钟周期为振荡周期的两倍（时钟周期＝振荡周期P1+振荡周期P2），而1个机器周期含有6个时钟，因此1个机器周期包括12个晶振的振荡周期。取石英晶振的振荡频率为11.059 2 MHz，则单片机的机器周期为12/11.059 2=1.085 1 μs。51系列单片机的指令周期一般含1～4个机器周期，多数指令为单周期指令，有2周期和4周期指令。

　　为了观察指令周期，对单片机的P1口的最低位进行循环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进行编译、链接，生成可执行文件。当调用该集成环境中的Debug时，可以得到上述源程序混合模式的反汇编代码：

　　　　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)

　　其中斜体的代码为C源程序，正体的代码为斜体C源程序对应的汇编语言代码。每行汇编代码的第1列为该代码在存储器中的位置，第2列为机器码，后面是编译、链接后的汇编语言代码。所有指令共占用6个机器周期（其中“MOV  P1(0x90),#0x01”占用2个机器周期，“CLR  A”和“MOV  P1(0x90),A”各占用1个机器周期，最后一个跳转指令占用2个机器周期），则总的循环周期为6