Se vuoi sapere esattamente quanto tempo impiegherà qualcosa, c'è solo una soluzione: guarda lo smontaggio!
A partire dal codice minimo:
void setup(){};
volatile uint16_t x;
void loop()
{
x = millis();
}
Questo codice compilato e quindi immesso avr-objdump -S
produce uno smontaggio documentato. Ecco gli estratti interessanti:
void loop()
produce:
000000a8 <loop>:
a8: 0e 94 a7 00 call 0x14e ; 0x14e <millis>
ac: 60 93 00 01 sts 0x0100, r22
b0: 70 93 01 01 sts 0x0101, r23
b4: 80 93 02 01 sts 0x0102, r24
b8: 90 93 03 01 sts 0x0103, r25
bc: 08 95 ret
Che è una funzione chiamata ( call
), quattro copie (che copiano ciascuno dei byte nel uint32_t
valore restituito di millis()
(si noti che i documenti arduino lo chiamano a long
, ma non sono corretti nel non specificare esplicitamente le dimensioni delle variabili)), e infine il ritorno di funzione.
call
richiede 4 cicli di clock e ciascuno sts
richiede 2 cicli di clock, quindi abbiamo un minimo di 12 cicli di clock solo per l'overhead della chiamata di funzione.
Ora, diamo un'occhiata allo smontaggio della <millis>
funzione, che si trova in 0x14e
:
unsigned long millis()
{
unsigned long m;
uint8_t oldSREG = SREG;
14e: 8f b7 in r24, 0x3f ; 63
// disable interrupts while we read timer0_millis or we might get an
// inconsistent value (e.g. in the middle of a write to timer0_millis)
cli();
150: f8 94 cli
m = timer0_millis;
152: 20 91 08 01 lds r18, 0x0108
156: 30 91 09 01 lds r19, 0x0109
15a: 40 91 0a 01 lds r20, 0x010A
15e: 50 91 0b 01 lds r21, 0x010B
SREG = oldSREG;
162: 8f bf out 0x3f, r24 ; 63
return m;
}
164: b9 01 movw r22, r18
166: ca 01 movw r24, r20
168: 08 95 ret
Come puoi vedere, la millis()
funzione è abbastanza semplice:
in
salva le impostazioni del registro di interrupt (1 ciclo)
cli
disattiva gli interrupt (1 ciclo)
lds
copia uno dei 4 byte del valore corrente del contatore milli in un registro temporaneo (2 cicli di clock)
lds
Byte 2 (2 cicli di clock)
lds
Byte 3 (2 cicli di clock)
lds
Byte 4 (2 cicli di clock)
out
ripristinare le impostazioni di interrupt (1 ciclo di clock)
movw
shuffle registers around (1 ciclo di clock)
movw
e ancora (1 ciclo di clock)
ret
ritorno dalla subroutine (4 cicli)
Quindi, se li sommiamo tutti, abbiamo un totale di 17 cicli di clock nella millis()
funzione stessa, più un overhead di chiamata di 12, per un totale di 29 cicli di clock.
Supponendo una frequenza di clock di 16 Mhz (la maggior parte degli arduinos), ogni ciclo di clock è di 1 / 16e6
secondi o 0,0000000625 secondi, ovvero 62,5 nanosecondi. 62,5 ns * 29 = 1,812 microsecondi.
Pertanto, il tempo di esecuzione totale per una singola millis()
chiamata sulla maggior parte degli Arduinos sarà di 1,812 microsecondi .
Riferimento del gruppo AVR
Come nota a margine, qui c'è spazio per l'ottimizzazione! Se si aggiorna la unsigned long millis(){}
definizione della funzione inline unsigned long millis(){}
, rimuovere l'overhead della chiamata (a scapito di una dimensione del codice leggermente più grande). Inoltre, sembra che il compilatore stia facendo due mosse inutili (le due movw
chiamate, ma non l'ho esaminato così da vicino).
In realtà, considerando che l'overhead della chiamata di funzione è di 5 istruzioni e il contenuto effettivo della millis()
funzione è di sole 6 istruzioni, penso che la millis()
funzione dovrebbe essere davvero inline
di default, ma la base di codice di Arduino è scarsamente ottimizzata.
Ecco lo smontaggio completo per chiunque sia interessato:
sketch_feb13a.cpp.elf: file format elf32-avr
Disassembly of section .text:
00000000 <__vectors>:
SREG = oldSREG;
return m;
}
unsigned long micros() {
0: 0c 94 34 00 jmp 0x68 ; 0x68 <__ctors_end>
4: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
8: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
c: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
10: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
14: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
18: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
1c: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
20: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
24: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
28: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
2c: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
30: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
34: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
38: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
3c: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
40: 0c 94 5f 00 jmp 0xbe ; 0xbe <__vector_16>
44: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
48: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
4c: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
50: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
54: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
58: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
5c: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
60: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
64: 0c 94 51 00 jmp 0xa2 ; 0xa2 <__bad_interrupt>
00000068 <__ctors_end>:
68: 11 24 eor r1, r1
6a: 1f be out 0x3f, r1 ; 63
6c: cf ef ldi r28, 0xFF ; 255
6e: d8 e0 ldi r29, 0x08 ; 8
70: de bf out 0x3e, r29 ; 62
72: cd bf out 0x3d, r28 ; 61
00000074 <__do_copy_data>:
74: 11 e0 ldi r17, 0x01 ; 1
76: a0 e0 ldi r26, 0x00 ; 0
78: b1 e0 ldi r27, 0x01 ; 1
7a: e2 e0 ldi r30, 0x02 ; 2
7c: f2 e0 ldi r31, 0x02 ; 2
7e: 02 c0 rjmp .+4 ; 0x84 <.do_copy_data_start>
00000080 <.do_copy_data_loop>:
80: 05 90 lpm r0, Z+
82: 0d 92 st X+, r0
00000084 <.do_copy_data_start>:
84: a0 30 cpi r26, 0x00 ; 0
86: b1 07 cpc r27, r17
88: d9 f7 brne .-10 ; 0x80 <.do_copy_data_loop>
0000008a <__do_clear_bss>:
8a: 11 e0 ldi r17, 0x01 ; 1
8c: a0 e0 ldi r26, 0x00 ; 0
8e: b1 e0 ldi r27, 0x01 ; 1
90: 01 c0 rjmp .+2 ; 0x94 <.do_clear_bss_start>
00000092 <.do_clear_bss_loop>:
92: 1d 92 st X+, r1
00000094 <.do_clear_bss_start>:
94: ad 30 cpi r26, 0x0D ; 13
96: b1 07 cpc r27, r17
98: e1 f7 brne .-8 ; 0x92 <.do_clear_bss_loop>
9a: 0e 94 f0 00 call 0x1e0 ; 0x1e0 <main>
9e: 0c 94 ff 00 jmp 0x1fe ; 0x1fe <_exit>
000000a2 <__bad_interrupt>:
a2: 0c 94 00 00 jmp 0 ; 0x0 <__vectors>
000000a6 <setup>:
a6: 08 95 ret
000000a8 <loop>:
a8: 0e 94 a7 00 call 0x14e ; 0x14e <millis>
ac: 60 93 00 01 sts 0x0100, r22
b0: 70 93 01 01 sts 0x0101, r23
b4: 80 93 02 01 sts 0x0102, r24
b8: 90 93 03 01 sts 0x0103, r25
bc: 08 95 ret
000000be <__vector_16>:
#if defined(__AVR_ATtiny24__) || defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__)
ISR(TIM0_OVF_vect)
#else
ISR(TIMER0_OVF_vect)
#endif
{
be: 1f 92 push r1
c0: 0f 92 push r0
c2: 0f b6 in r0, 0x3f ; 63
c4: 0f 92 push r0
c6: 11 24 eor r1, r1
c8: 2f 93 push r18
ca: 3f 93 push r19
cc: 8f 93 push r24
ce: 9f 93 push r25
d0: af 93 push r26
d2: bf 93 push r27
// copy these to local variables so they can be stored in registers
// (volatile variables must be read from memory on every access)
unsigned long m = timer0_millis;
d4: 80 91 08 01 lds r24, 0x0108
d8: 90 91 09 01 lds r25, 0x0109
dc: a0 91 0a 01 lds r26, 0x010A
e0: b0 91 0b 01 lds r27, 0x010B
unsigned char f = timer0_fract;
e4: 30 91 0c 01 lds r19, 0x010C
m += MILLIS_INC;
e8: 01 96 adiw r24, 0x01 ; 1
ea: a1 1d adc r26, r1
ec: b1 1d adc r27, r1
f += FRACT_INC;
ee: 23 2f mov r18, r19
f0: 2d 5f subi r18, 0xFD ; 253
if (f >= FRACT_MAX) {
f2: 2d 37 cpi r18, 0x7D ; 125
f4: 20 f0 brcs .+8 ; 0xfe <__vector_16+0x40>
f -= FRACT_MAX;
f6: 2d 57 subi r18, 0x7D ; 125
m += 1;
f8: 01 96 adiw r24, 0x01 ; 1
fa: a1 1d adc r26, r1
fc: b1 1d adc r27, r1
}
timer0_fract = f;
fe: 20 93 0c 01 sts 0x010C, r18
timer0_millis = m;
102: 80 93 08 01 sts 0x0108, r24
106: 90 93 09 01 sts 0x0109, r25
10a: a0 93 0a 01 sts 0x010A, r26
10e: b0 93 0b 01 sts 0x010B, r27
timer0_overflow_count++;
112: 80 91 04 01 lds r24, 0x0104
116: 90 91 05 01 lds r25, 0x0105
11a: a0 91 06 01 lds r26, 0x0106
11e: b0 91 07 01 lds r27, 0x0107
122: 01 96 adiw r24, 0x01 ; 1
124: a1 1d adc r26, r1
126: b1 1d adc r27, r1
128: 80 93 04 01 sts 0x0104, r24
12c: 90 93 05 01 sts 0x0105, r25
130: a0 93 06 01 sts 0x0106, r26
134: b0 93 07 01 sts 0x0107, r27
}
138: bf 91 pop r27
13a: af 91 pop r26
13c: 9f 91 pop r25
13e: 8f 91 pop r24
140: 3f 91 pop r19
142: 2f 91 pop r18
144: 0f 90 pop r0
146: 0f be out 0x3f, r0 ; 63
148: 0f 90 pop r0
14a: 1f 90 pop r1
14c: 18 95 reti
0000014e <millis>:
unsigned long millis()
{
unsigned long m;
uint8_t oldSREG = SREG;
14e: 8f b7 in r24, 0x3f ; 63
// disable interrupts while we read timer0_millis or we might get an
// inconsistent value (e.g. in the middle of a write to timer0_millis)
cli();
150: f8 94 cli
m = timer0_millis;
152: 20 91 08 01 lds r18, 0x0108
156: 30 91 09 01 lds r19, 0x0109
15a: 40 91 0a 01 lds r20, 0x010A
15e: 50 91 0b 01 lds r21, 0x010B
SREG = oldSREG;
162: 8f bf out 0x3f, r24 ; 63
return m;
}
164: b9 01 movw r22, r18
166: ca 01 movw r24, r20
168: 08 95 ret
0000016a <init>:
void init()
{
// this needs to be called before setup() or some functions won't
// work there
sei();
16a: 78 94 sei
// on the ATmega168, timer 0 is also used for fast hardware pwm
// (using phase-correct PWM would mean that timer 0 overflowed half as often
// resulting in different millis() behavior on the ATmega8 and ATmega168)
#if defined(TCCR0A) && defined(WGM01)
sbi(TCCR0A, WGM01);
16c: 84 b5 in r24, 0x24 ; 36
16e: 82 60 ori r24, 0x02 ; 2
170: 84 bd out 0x24, r24 ; 36
sbi(TCCR0A, WGM00);
172: 84 b5 in r24, 0x24 ; 36
174: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
176: 84 bd out 0x24, r24 ; 36
// this combination is for the standard atmega8
sbi(TCCR0, CS01);
sbi(TCCR0, CS00);
#elif defined(TCCR0B) && defined(CS01) && defined(CS00)
// this combination is for the standard 168/328/1280/2560
sbi(TCCR0B, CS01);
178: 85 b5 in r24, 0x25 ; 37
17a: 82 60 ori r24, 0x02 ; 2
17c: 85 bd out 0x25, r24 ; 37
sbi(TCCR0B, CS00);
17e: 85 b5 in r24, 0x25 ; 37
180: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
182: 85 bd out 0x25, r24 ; 37
// enable timer 0 overflow interrupt
#if defined(TIMSK) && defined(TOIE0)
sbi(TIMSK, TOIE0);
#elif defined(TIMSK0) && defined(TOIE0)
sbi(TIMSK0, TOIE0);
184: ee e6 ldi r30, 0x6E ; 110
186: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
188: 80 81 ld r24, Z
18a: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
18c: 80 83 st Z, r24
// this is better for motors as it ensures an even waveform
// note, however, that fast pwm mode can achieve a frequency of up
// 8 MHz (with a 16 MHz clock) at 50% duty cycle
#if defined(TCCR1B) && defined(CS11) && defined(CS10)
TCCR1B = 0;
18e: e1 e8 ldi r30, 0x81 ; 129
190: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
192: 10 82 st Z, r1
// set timer 1 prescale factor to 64
sbi(TCCR1B, CS11);
194: 80 81 ld r24, Z
196: 82 60 ori r24, 0x02 ; 2
198: 80 83 st Z, r24
#if F_CPU >= 8000000L
sbi(TCCR1B, CS10);
19a: 80 81 ld r24, Z
19c: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
19e: 80 83 st Z, r24
sbi(TCCR1, CS10);
#endif
#endif
// put timer 1 in 8-bit phase correct pwm mode
#if defined(TCCR1A) && defined(WGM10)
sbi(TCCR1A, WGM10);
1a0: e0 e8 ldi r30, 0x80 ; 128
1a2: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
1a4: 80 81 ld r24, Z
1a6: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
1a8: 80 83 st Z, r24
// set timer 2 prescale factor to 64
#if defined(TCCR2) && defined(CS22)
sbi(TCCR2, CS22);
#elif defined(TCCR2B) && defined(CS22)
sbi(TCCR2B, CS22);
1aa: e1 eb ldi r30, 0xB1 ; 177
1ac: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
1ae: 80 81 ld r24, Z
1b0: 84 60 ori r24, 0x04 ; 4
1b2: 80 83 st Z, r24
// configure timer 2 for phase correct pwm (8-bit)
#if defined(TCCR2) && defined(WGM20)
sbi(TCCR2, WGM20);
#elif defined(TCCR2A) && defined(WGM20)
sbi(TCCR2A, WGM20);
1b4: e0 eb ldi r30, 0xB0 ; 176
1b6: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
1b8: 80 81 ld r24, Z
1ba: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
1bc: 80 83 st Z, r24
#if defined(ADCSRA)
// set a2d prescale factor to 128
// 16 MHz / 128 = 125 KHz, inside the desired 50-200 KHz range.
// XXX: this will not work properly for other clock speeds, and
// this code should use F_CPU to determine the prescale factor.
sbi(ADCSRA, ADPS2);
1be: ea e7 ldi r30, 0x7A ; 122
1c0: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
1c2: 80 81 ld r24, Z
1c4: 84 60 ori r24, 0x04 ; 4
1c6: 80 83 st Z, r24
sbi(ADCSRA, ADPS1);
1c8: 80 81 ld r24, Z
1ca: 82 60 ori r24, 0x02 ; 2
1cc: 80 83 st Z, r24
sbi(ADCSRA, ADPS0);
1ce: 80 81 ld r24, Z
1d0: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
1d2: 80 83 st Z, r24
// enable a2d conversions
sbi(ADCSRA, ADEN);
1d4: 80 81 ld r24, Z
1d6: 80 68 ori r24, 0x80 ; 128
1d8: 80 83 st Z, r24
// here so they can be used as normal digital i/o; they will be
// reconnected in Serial.begin()
#if defined(UCSRB)
UCSRB = 0;
#elif defined(UCSR0B)
UCSR0B = 0;
1da: 10 92 c1 00 sts 0x00C1, r1
#endif
}
1de: 08 95 ret
000001e0 <main>:
#include <Arduino.h>
int main(void)
1e0: cf 93 push r28
1e2: df 93 push r29
{
init();
1e4: 0e 94 b5 00 call 0x16a ; 0x16a <init>
#if defined(USBCON)
USBDevice.attach();
#endif
setup();
1e8: 0e 94 53 00 call 0xa6 ; 0xa6 <setup>
for (;;) {
loop();
if (serialEventRun) serialEventRun();
1ec: c0 e0 ldi r28, 0x00 ; 0
1ee: d0 e0 ldi r29, 0x00 ; 0
#endif
setup();
for (;;) {
loop();
1f0: 0e 94 54 00 call 0xa8 ; 0xa8 <loop>
if (serialEventRun) serialEventRun();
1f4: 20 97 sbiw r28, 0x00 ; 0
1f6: e1 f3 breq .-8 ; 0x1f0 <main+0x10>
1f8: 0e 94 00 00 call 0 ; 0x0 <__vectors>
1fc: f9 cf rjmp .-14 ; 0x1f0 <main+0x10>
000001fe <_exit>:
1fe: f8 94 cli
00000200 <__stop_program>:
200: ff cf rjmp .-2 ; 0x200 <__stop_program>