基于時間戳測量嵌入式軟件模塊所需mips的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療電子設備中測量嵌入式軟件功能模塊執(zhí)行時占用或花費MCU時 間的一種方法，特別是涉及一種觀測醫(yī)療電子產(chǎn)品中數(shù)字濾波器模塊執(zhí)行時所需的MCU的 MIPS數(shù)，并將該方法固化在嵌入式開發(fā)的實時操作系統(tǒng)中，使得這一測量方法能夠在不同 的醫(yī)療電子產(chǎn)品產(chǎn)品開發(fā)中得到重復使用。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)療電子設備行業(yè)方興未艾，而絕大多數(shù)的醫(yī)療電子設備就是一個嵌入式系統(tǒng)， 其核心是一個或多個MCU，而MCU則存儲了根據(jù)特定的目的而預先編制的程序代碼，結(jié)合內(nèi) 部的如A/D、定時器、DMA、UART等諸多資源以及通過I/O接口連接的外部電路，就具有可以 完成特定功能的計算機系統(tǒng)。一個嵌入式的醫(yī)療電子設備系統(tǒng)框架通常由四個部分組成： MCU處理器、R0M/RAM存儲器、輸入輸出（I/O)和軟件，如圖1所示。目前基于RISC (精簡 指令集)體系的MCU均含硬件乘加器，使一個乘法運算和加法運算一氣呵成，相比傳統(tǒng)CISC (復雜指令集）處理器，運算過程能節(jié)省更多指令周期。乘加操作是數(shù)字信號處理領(lǐng)域的基 本操作，因此基于RISC的MCU是適合做數(shù)字信號處理，如數(shù)字濾波運算。
[0003] 在圖1中通過I/O接口與MCU外部的傳感器、按鍵、顯示終端、有線或無線通信接 口連接。開發(fā)這樣的醫(yī)療電子產(chǎn)品設備，往往需要知道一個特定的軟件功能模塊(如一個處 理Is采樣數(shù)據(jù)的N階IIR數(shù)字濾波器)在運行時占用的系統(tǒng)資源，特別是占用MCU的時間， 以便設計出一個硬件和軟件系統(tǒng)配置完全合理的系統(tǒng)，既不至于選擇了性能過低的MCU造 成設計的失敗，又不至于選擇了性能過高的MCU而造成硬件資源的浪費和成本的增高。另 一方面，嵌入式產(chǎn)品的單元測試或系統(tǒng)測試階段，也都有了解系統(tǒng)各功能模塊運算占用MCU 時間資源的需求，以便可以更好地對軟件模塊或系統(tǒng)軟件進行優(yōu)化。
[0004] 一般采用時間復雜度來評估一個算法或一段程序執(zhí)行所需的計算工作量，時間復 雜度能定量地衡量不同算法花費時間的多少，從而為系統(tǒng)設計者提供判別算法或程序優(yōu)劣 的依據(jù)，但無法計算出某個算法或程序執(zhí)行耗費的具體時間。在工程實踐中衡量MCU運算 性能的重要指標是MIPS-Million Instructions Per Second，即MCU每秒執(zhí)行的百萬條 指令數(shù)，如某款MCU廠商給出的性能指標為8 MIPS，就表示該MCU每秒鐘可執(zhí)行8, 000, 000 條指令，廠商給出的性能指標具有重要的參考意義。
[0005] 本發(fā)明通過預研和研發(fā)醫(yī)療電子設備產(chǎn)品的實踐，提供一種可用于測量產(chǎn)品中軟 件模塊(如N階IIR數(shù)字濾波器，處理Is的采樣數(shù)據(jù)）執(zhí)行時占用MCU的時間的方法，同時 將占用的MCU時間轉(zhuǎn)換成所需的MIPS，并將該方法固化在嵌入式開發(fā)的實時操作系統(tǒng)中， 使得利用這一實時操作系統(tǒng)開發(fā)不同醫(yī)療電子產(chǎn)品時，可重復使用這種測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出了一種可用于測量嵌入式系統(tǒng)中軟件功能模塊(如IIR濾波器)執(zhí)行時 占用MCU的時間的方法，其中一個重要的參照便是廠商給出的MCU的性能，此處以M (M>0) MIPS標示MCU的該性能指標。
[0007] 觀測軟件模塊在MCU中執(zhí)行所占用的時間，需要首先初始化MCU的時鐘系統(tǒng)，選擇 合適的MCU系統(tǒng)時鐘源(有些MCU系統(tǒng)也叫MCLK)，以便獲得精確的、可供參考的系統(tǒng)時鐘。 其次需要在MCU的軟件系統(tǒng)中定義和啟用一個時間戳系統(tǒng)，包括一個中斷優(yōu)先級最高的定 時器、定時器的中斷服務、一個全局的時間戳標記。選擇中斷優(yōu)先級最高的定時器作為時間 戳系統(tǒng)的定時器，其理由是：保證時間戳系統(tǒng)以設定的單位時間（如l〇ms)產(chǎn)生定時器中斷 時不會被其他定時器中斷或其他中斷搶先，減少時間戳系統(tǒng)計時誤差。
[0008] 時間戳系統(tǒng)的工作機制是： (1) 定義全局變量timestamp (時間戳),并初始化為0 ; (2) 初始化定時器，設置定時間隔為10ms (即定時器每10ms產(chǎn)生一次中斷)，啟動定時 器及定時器中斷； (3) 在定時器中斷服務程序中，使全局變量timestamp增1。
[0009] 通過這樣一個機制，時間戳系統(tǒng)能夠記錄下系統(tǒng)運行時的時間，而且這個時間是 獨立于應用程序的各個功能模塊。顯然這個系統(tǒng)的時間是以10ms為單位的。
[0010] 一個運行于MCU之中的軟件功能模塊在執(zhí)行過程中只需讀取timestamp，即可獲 取在系統(tǒng)運行時間軸上的時刻?；跁r間戳系統(tǒng)的機制，在嵌入式系統(tǒng)中測量一個軟件功 能模塊運行時占用MCU的時間或所需的MCU MIPS的基本原理獲得功能模塊執(zhí)行前后的時 間差。具體就是，當軟件功能模塊在執(zhí)行前讀取一次timestamp時間戳，并將timestamp時 間戳的值記錄在變量T1中，當該功能模塊執(zhí)行完畢，再一次讀取timestamp時間戳，并將 timestamp時間戳的值記錄在變量T2中,那么這個功能模塊執(zhí)行占用MCU的時間是土丁， 艮P :M = (T2-T1)*10 (ms)。
[0011] 因為已知MCU的性能是M (M>0)MIPS，并以此作為參照，將上述時間花費轉(zhuǎn)換成功 能模塊執(zhí)行時所需的MIPS，則是：(T2-T1) *M/100 (MIPS) 本發(fā)明以一個4階IIR低通數(shù)字濾波器為例，說明這一觀測方法的運用。按采樣頻率 &=100抱，低通截止頻率為10Hz設計，過渡帶寬10Hz，設計出一個4階IIR的低通濾波器， 參數(shù)如下： a01=l a02=2 a03=l b01=l b02=-l. 320913430819426 b03=0.632738792885277 all=l al2=2 al3=l bll=l bl2=-l. 048599576362612 bl3=0.296140357561670 該濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為
【主權(quán)項】
1. 一種在數(shù)字醫(yī)療設備中基于時間戳測量嵌入式軟件模塊執(zhí)行時占用MCU時間，或運 行時所需MIPS的方法，其特征是；基于嵌入式系統(tǒng)時間戳的測量技術(shù)，時間戳系統(tǒng)的工作 機制完全依賴于MCU中斷優(yōu)先級最高的定時器及該定時器的中斷服務，在該定時器的中斷 服務中生成時間戳（timestamp),通過配置定時器將時間戳單位設置為10ms，軟件模塊在 執(zhí)行前讀取一次時間戳并記錄在變量T1，軟件模塊執(zhí)行完畢再讀取一次時間戳并記錄在變 量T2,得到該軟件模塊的運行時長為AT=(T2-T1)*10ms,而對于性能為MMIPS的MCU而 言，該軟件模塊在其上運行所需的MIPS數(shù)是（T2-T1) *M/100。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征是；需要選擇中斷優(yōu)先級最高的定時器作 為時間戳系統(tǒng)的定時器，確保時間戳系統(tǒng)的定時器中斷不會被低優(yōu)先級的其他中斷搶先， 減少時間戳系統(tǒng)的計時誤差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征是；定義兩個變量T1和T2,在軟件模塊運 行前，讀取一次時間戳并將時間戳值暫存在變量T1中，在該軟件模塊運行完畢后再次讀取 時間戳，并將時間戳值暫存在變量T2中，由此獲得的時間差為軟件模塊運行占用MCU的時 長AT=(T2-T1)*10ms。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征是；在獲得軟件模塊運行占用MCU時 長之前提下，對照已知的MCU性能指標MMIPS,可知軟件模塊運行所需的MIPS數(shù)是 燈2-Tl)*M/100。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征是；基于時間戳的軟件模塊運行時長和運 行所需MIPS的測量方法，固化在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，利用該一實時操作系統(tǒng)進行的其 他醫(yī)療電子產(chǎn)品的預研和開發(fā)活動中，可W重復利用該種測量方法。
【專利摘要】基于時間戳測量嵌入式軟件模塊所需MIPS的方法。本發(fā)明涉及醫(yī)療電子設備中測量嵌入式軟件功能模塊執(zhí)行時占用或花費MCU時間的一種方法，特別是涉及一種觀測醫(yī)療電子產(chǎn)品中數(shù)字濾波器模塊執(zhí)行時所需的MCU的MIPS數(shù)，并將該方法固化在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，利用這一實時操作系統(tǒng)進行的其他醫(yī)療電子產(chǎn)品的預研和開發(fā)活動中，可以重復利用這種測量方法。
【IPC分類】G06F9-48
【公開號】CN104850458
【申請?zhí)枴緾N201410051494
【發(fā)明人】瞿浩正
【申請人】瞿浩正
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年2月15日