[发明专利]基于时间戳测量嵌入式软件模块所需MIPS的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗电子设备中测量嵌入式软件功能模块执行时占用或花费MCU时间的一种方法，特别是涉及一种观测医疗电子产品中数字滤波器模块执行时所需的MCU的MIPS数，并将该方法固化在嵌入式开发的实时操作系统中，使得这一测量方法能够在不同的医疗电子产品产品开发中得到重复使用。 

背景技术

医疗电子设备行业方兴未艾，而绝大多数的医疗电子设备就是一个嵌入式系统，其核心是一个或多个MCU，而MCU则存储了根据特定的目的而预先编制的程序代码，结合内部的如A/D、定时器、DMA、UART等诸多资源以及通过I/O接口连接的外部电路，就具有可以完成特定功能的计算机系统。一个嵌入式的医疗电子设备系统框架通常由四个部分组成：MCU处理器、ROM/RAM存储器、输入输出（I/O）和软件，如图1所示。目前基于RISC（精简指令集）体系的MCU均含硬件乘加器，使一个乘法运算和加法运算一气呵成，相比传统CISC（复杂指令集）处理器，运算过程能节省更多指令周期。乘加操作是数字信号处理领域的基本操作，因此基于RISC的MCU是适合做数字信号处理，如数字滤波运算。 

在图1中通过I/O接口与MCU外部的传感器、按键、显示终端、有线或无线通信接口连接。开发这样的医疗电子产品设备，往往需要知道一个特定的软件功能模块（如一个处理1s采样数据的N阶IIR数字滤波器）在运行时占用的系统资源，特别是占用MCU的时间，以便设计出一个硬件和软件系统配置完全合理的系统，既不至于选择了性能过低的MCU造成设计的失败，又不至于选择了性能过高的MCU而造成硬件资源的浪费和成本的增高。另一方面，嵌入式产品的单元测试或系统测试阶段，也都有了解系统各功能模块运算占用MCU时间资源的需求，以便可以更好地对软件模块或系统软件进行优化。 

一般采用时间复杂度来评估一个算法或一段程序执行所需的计算工作量，时间复杂度能定量地衡量不同算法花费时间的多少，从而为系统设计者提供判别算法或程序优劣的依据，但无法计算出某个算法或程序执行耗费的具体时间。在工程实践中衡量MCU运算性能的重要指标是MIPS——Million Instructions Per Second，即MCU每秒执行的百万条指令数，如某款MCU厂商给出的性能指标为8 MIPS，就表示该MCU每秒钟可执行8,000,000条指令，厂商给出的性能指标具有重要的参考意义。 

本发明通过预研和研发医疗电子设备产品的实践，提供一种可用于测量产品中软件模块（如N阶IIR数字滤波器，处理1s的采样数据）执行时占用MCU的时间的方法，同时将占用的MCU时间转换成所需的MIPS，并将该方法固化在嵌入式开发的实时操作系统中，使得利用这一实时操作系统开发不同医疗电子产品时，可重复使用这种测量方法。 

发明内容

本发明提出了一种可用于测量嵌入式系统中软件功能模块（如IIR滤波器）执行时占用MCU的时间的方法，其中一个重要的参照便是厂商给出的MCU的性能，此处以M（M>0）MIPS标示MCU的该性能指标。 

观测软件模块在MCU中执行所占用的时间，需要首先初始化MCU的时钟系统，选择合适的MCU系统时钟源（有些MCU系统也叫MCLK），以便获得精确的、可供参考的系统时钟。其次需要在MCU的软件系统中定义和启用一个时间戳系统，包括一个中断优先级最高的定时器、定时器的中断服务、一个全局的时间戳标记。选择中断优先级最高的定时器作为时间戳系统的定时器，其理由是：保证时间戳系统以设定的单位时间（如10ms）产生定时器中断时不会被其他定时器中断或其他中断抢先，减少时间戳系统计时误差。 

时间戳系统的工作机制是： 

（1）定义全局变量timestamp（时间戳），并初始化为0；

（2）初始化定时器，设置定时间隔为10ms（即定时器每10ms产生一次中断），启动定时器及定时器中断；

（3）在定时器中断服务程序中，使全局变量timestamp增1。

通过这样一个机制，时间戳系统能够记录下系统运行时的时间，而且这个时间是独立于应用程序的各个功能模块。显然这个系统的时间是以10ms为单位的。