关于性能
对于本框架来说，有一个问题经常会被问到："LibXR对底层驱动封装之后，性能是否会很差？"
这个问题的答案是：完全不必担心。虽然相比与直接调用厂家SDK(例如hal库，ESP-IDF)提供的API来自行管理DMA等资源，性能会有一定的损失，但是这种损失是很小的，可以忽略不计。下面会附上一些性能测试结果，大家可以自行分析。
测试环境
串口驱动是整个LibXR里面最复杂的部分，性能测试的环境如下：
- STM32F103，Cortex-M3 @ 72Mhz，无FPU和Cache
- 使用杜邦线将USART1的TX RX连接起来，数据位为8，停止位为1，无流控，无奇偶校验
- 开启一个频率50khz的定时器中断，用于FreeRTOS的占用率统计
- 收到数据后对整包进行CRC8校验，每秒统计发送成功、发送失败和校验失败的次数
测试代码
STDIO::write_ = uart_cdc.write_port_;
static uint8_t read_buffer[8], write_buffer[8];
static uint32_t count_read = 0, count_write = 0, count_error = 0;
for (uint32_t i = 0; i < sizeof(write_buffer); i++) {
write_buffer[i] = i;
}
usart1.SetConfig({2000000, LibXR::UART::Parity::NO_PARITY, 8, 1});
void (*fun)(void *) = [](void *) {
LibXR::STDIO::Printf("read count: %d, write count: %d, error count: %d\r\n",
count_read, count_write, count_error);
LibXR::STDIO::Printf("speed: %d BAUD\r\n",
count_read * 10 * sizeof(write_buffer));
count_read = 0;
count_write = 0;
static uint8_t cpu_info[1000];
memset(cpu_info, 0, 400);
vTaskList((char *)&cpu_info);
LibXR::STDIO::Printf("---------------------------------------------\r\n");
LibXR::STDIO::Printf("任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号\r\n");
LibXR::STDIO::Printf("%s\r\n", cpu_info);
LibXR::STDIO::Printf("---------------------------------------------\r\n");
memset(cpu_info, 0, 400);
vTaskGetRunTimeStats((char *)&cpu_info);
LibXR::STDIO::Printf("任务名 运行计数 利用率\r\n");
LibXR::STDIO::Printf("%s\r\n", cpu_info);
LibXR::STDIO::Printf("---------------------------------------------\r\n\n");
};
auto print_task =
LibXR::Timer::CreateTask(fun, reinterpret_cast<void *>(0), 1000);
LibXR::Timer::Add(print_task);
LibXR::Timer::Start(print_task);
void (*thread_read)(void *) = [](void *) {
LibXR::Semaphore sem(0);
LibXR::ReadOperation op(sem);
while (true) {
usart1.Read(read_buffer, op);
if (LibXR::CRC8::Verify(read_buffer, sizeof(read_buffer))) {
count_read++;
} else {
count_error++;
}
}
};
void (*thread_write)(void *) = [](void *) {
LibXR::Semaphore sem(2);
LibXR::WriteOperation op(sem);
while (true) {
write_buffer[0]++;
write_buffer[sizeof(write_buffer) - 1] = LibXR::CRC8::Calculate(
write_buffer, sizeof(write_buffer) - sizeof(uint8_t));
usart1.Write(write_buffer, op);
count_write++;
}
};
LibXR::Thread read_thread, write_thread;
read_thread.Create(reinterpret_cast<void *>(0), thread_read, "read_thread",
2048, static_cast<LibXR::Thread::Priority>(3));
write_thread.Create(reinterpret_cast<void *>(0), thread_write, "write_thread",
2048, static_cast<LibXR::Thread::Priority>(3));
while (true) {
LibXR::Thread::Sleep(UINT32_MAX);
}
测试结果
无优化，32字节每包，波特率2M，有校验
read count: 5818, write count: 5819, error count: 0
speed: 1861760 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
read_thread R 3 462 5
write_thread R 3 458 6
IDLE R 0 110 2
defaultTask B 24 822 1
Tmr Svc B 2 228 3
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 15310 3%
write_thread 141520 34%
read_thread 112818 27%
IDLE 137269 33%
defaultTask 67 <1%
Tmr Svc 1 <1%
---------------------------------------------
无优化，512字节每包，波特率2M，有校验
read count: 389, write count: 389, error count: 0
speed: 1991680 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
IDLE R 0 110 2
defaultTask B 24 822 1
write_thread B 3 460 6
Tmr Svc B 2 228 3
read_thread B 3 464 5
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 20044 3%
read_thread 28131 4%
write_thread 52271 8%
IDLE 490639 82%
defaultTask 68 <1%
Tmr Svc 0 <1%
---------------------------------------------
O3优化，32字节每包，波特率2M，有校验
read count: 5818, write count: 5817, error count: 0
speed: 1861760 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
write_thread R 3 458 6
read_thread R 3 462 5
IDLE R 0 109 2
defaultTask B 24 824 1
Tmr Svc B 2 229 3
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 17612 3%
read_thread 123076 25%
write_thread 176136 36%
IDLE 165183 34%
defaultTask 66 <1%
Tmr Svc 0 <1%
---------------------------------------------
O3优化，512字节每包，波特率2M，有校验
read count: 389, write count: 388, error count: 0
speed: 1991680 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
write_thread R 3 460 6
read_thread R 3 468 5
IDLE R 0 109 2
defaultTask B 24 824 1
Tmr Svc B 2 229 3
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 14161 3%
read_thread 19070 4%
write_thread 36588 8%
IDLE 350612 83%
defaultTask 92 <1%
Tmr Svc 1 <1%
---------------------------------------------
由于CRC校验消耗了大量CPU资源，后续测试将在无CRC校验的情况下进行。
O3优化，32字节每包，波特率2M，无校验
read count: 5818, write count: 5818, error count: 0
speed: 1861760 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
write_thread R 3 458 6
read_thread R 3 462 5
IDLE R 0 109 2
defaultTask B 24 824 1
Tmr Svc B 2 229 3
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 19798 3%
read_thread 122126 23%
write_thread 165716 32%
IDLE 208417 40%
defaultTask 90 <1%
Tmr Svc 1 <1%
---------------------------------------------
O3优化，512字节每包，波特率2M，无校验
read count: 389, write count: 389, error count: 0
speed: 1991680 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
IDLE R 0 109 2
defaultTask B 24 824 1
write_thread B 3 458 6
Tmr Svc B 2 229 3
read_thread B 3 462 5
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 9337 3%
read_thread 5015 1%
write_thread 27477 9%
IDLE 239340 85%
defaultTask 67 <1%
Tmr Svc 1 <1%
---------------------------------------------
另外附上一些其他情况
O3优化，8字节每包，波特率1M，有校验
read count: 10953, write count: 10955, error count: 0
speed: 876240 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
write_thread R 3 456 6
read_thread R 3 462 5
IDLE R 0 109 2
defaultTask B 24 824 1
Tmr Svc B 2 229 3
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 23254 3%
read_thread 265087 37%
write_thread 317509 45%
IDLE 91760 13%
defaultTask 90 <1%
Tmr Svc 1 <1%
---------------------------------------------
O3优化，512字节每包，波特率4M，有校验
read count: 776, write count: 776, error count: 0
speed: 3973120 BAUD
---------------------------------------------
任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号
libxr_timer_tas X 20 366 4
write_thread R 3 456 6
read_thread R 3 462 5
IDLE R 0 109 2
defaultTask B 24 824 1
Tmr Svc B 2 229 3
---------------------------------------------
任务名 运行计数 利用率
libxr_timer_tas 19266 4%
read_thread 116507 28%
write_thread 106901 26%
IDLE 159196 39%
defaultTask 92 <1%
Tmr Svc 1 <1%
---------------------------------------------
总结
LibXR 框架在对底层串口驱动进行封装后，在绝大多数情况下不会造成明显的性能损失。在在 STM32F103（72MHz）平台实测中，2~4 Mbps 波特率下数据收发稳定无误，最高实际吞吐接近物理上限，说明即便在低性能平台也具备高效性能表现，完全可用于对实时性与带宽有要求的应用。