8051、ARM和DSP指令周期的测试与分析

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，ARM，DSP，微控制器，实时控制

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 L

PC2114 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

指令为单周期指令，有 2 周期和 4 周期指令。

P1=0x01;

P1=0x00;

}

}

6:P1=0x01;

7:P1=0x00;

8:}

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

2 LPC2114 工作机制及指令周期的测试

LPC2114 是基于 ARM7TDMI 核的可加密的单片机，具有零等待 128 KB 的片内 Flash，16 KB 的 SR

AM。时钟频率可达 60 MHz（晶振的频率为 11.059 2 MHz，时钟频率设置为 11.059 2×4 =44.23

6 8 MHz，片内外设频率为时钟频率的 1/4，即晶振的频率）。ARM7TDMI 核通过使用三级流水线

令周期为 1/(0.9×44.236 8)=0.025 12 μs，约为 25 ns。

为了观察指令周期，将 LPC2114 中 GPIO 的 P0.25 脚设置为输出口，并对其进行循环的置位操作

和清除操作。C 源程序如下：

//P0.25 引脚输出

while(1)

{IO0SET = LEDCON;

IO0CLR = LEDCON;

}

}

的反汇编代码：