頻繁中斷的ISR，執(zhí)行時間需要優(yōu)化

作者：山坡羊時間：2019-07-19 來源：電子產(chǎn)品世界

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花兒開，鳥兒叫，早起上班的路迢迢。風兒吹，陽光照，為國工作的豪情萬丈高。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201907/402884.htm

那日，灑家虎虎生風地走在上班的路上，正好碰上一位父親領著女兒去上幼兒園?？吹贸鰜?，小家伙兒的起床氣還沒有完全消散，耷拉著腦袋，慢騰騰地踢踏著。爸爸一邊急火火地拽著女兒的小胳膊往前趕，一邊跟她說著什么。

灑家正待從這對父女倆身邊走過時，正聽得爸爸彎著腰對女兒說：“不上幼兒園怎么上小學呀？”小丫頭片子奶聲奶氣地說不想上小學。爸爸不以為然地繼續(xù)說教著：“不上小學怎么上大學呀？”

‘恩？小學之后不該是初中嗎，還有高中吶！’我正在心里犯著嘀咕，一聲嘹亮的哭腔便劃破空氣，直沖耳膜而來?；仡^一看，小家伙正一邊甩著胳膊打爸爸的屁股，一邊咧著大大的嘴巴哭著說：“我什么學都不想上??！”

我初覺好笑，繼而感到有些悲哀?？粗抢婊◣в甑臉幼?，一股惆悵在我心底潮起：你以為我愿意上班的嗎？

順利出差回來后第一天的上班生活悠閑而自在，可以東轉轉西逛逛，和這個同事打個閑茬，和那個同仁熱切但放松地討論技術。

但是如果出差不順利，回來第一天的上班生活就沒有那么輕松美好了。在邂逅不愿上幼兒園的女娃娃那天，我正是這樣的狀態(tài)。

這次出差的工作任務是到汽車廠進行總線測試，筆者出發(fā)時懷著脹得鼓鼓的信心，帶著游山玩水的閑情逸致，回來時揣著灰溜溜的挫敗感，和不知如何是好的沮喪。

幾個月前去測試時，明明測得好好的，這一次，居然測試失敗了！

測試報告中那幾個夾在綠色OK項目中間的NOK項，發(fā)著悠悠的紅光，帶著冷冷的笑意，讓我的寒意從頭頂直接涼到了大地。

點開這幾個NOK項的測試數(shù)據(jù)，一行行標記著報文收發(fā)時間、收發(fā)方向、ID、數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)眼花繚亂地撲面而來。根據(jù)錯誤提示，筆者產(chǎn)品發(fā)送報文的周期性沒有滿足要求。我拖著鼠標從左拖到西，又從上拖到下，終于發(fā)現(xiàn)，有一條以50ms為周期固定發(fā)送的報文，有那么一次，沒有及時地發(fā)出來。

各種思路向我的腦海涌來，灑家穩(wěn)了穩(wěn)心神，首先把懷疑的目光放到了CAN通信代碼的一致性上面。如果兩個版本的CAN通信代碼不一致，把代碼改回去就還有測試通過的希望?。?/p>

許是這幾個月來不小心改了CAN通信代碼中的哪個模塊或哪個函數(shù)呢？

我迫不及待地調出了幾個月前來做第一次測試時的代碼，用Beyond Compare對比工具和這次的測試代碼進行了比對。

除了這幾個月中添加的許多其它模塊的代碼，CAN通信代碼竟然是一致的。剛剛升起的一絲希望被無情地澆滅了。通信代碼一致意味著，是這幾個月來添加的不知道哪段代碼改變了這次的測試結果。

麻煩大了！這幾個月來添了那么多代碼，鬼才知道到底是哪塊影響了倒霉的CAN通信。

在汽車廠搞了一天，仍然不得要領，測試MM也開始置我的美色于不顧，露出不耐煩的神色來，于是我只好灰溜溜地回了公司。

據(jù)說籃球和足球比賽有主場、客場之分，在自己的主場上，在一眾球迷的吶喊助威下，在家鄉(xiāng)父老的氣氛烘托下，球隊容易比出好的成績來。

回到公司的我，雖然聽不到同事們的鼓掌聲，但是，回到自己熟悉的地盤，戰(zhàn)斗力也直線上升。

我戴上耳機，耳旁響起舒緩的輕音樂，在仿佛與世隔絕的靜謐中，我小心地觀察著那幾個測試NOK項的測試數(shù)據(jù)。

很快，這些數(shù)據(jù)的特征浮現(xiàn)在灑家的面前。

在這幾項測試中，測試軟件發(fā)送了大量優(yōu)先級或高或低的無關報文，相比之下，之前的測試中也發(fā)送了大量報文，但是都是產(chǎn)品用得到的報文。

不同之處找到了，問題的原因自然也就很容易找到了。為了幫助讀者理解，筆者先簡單介紹一下CAN報文接收的處理程序：

①總線上接收到報文時，MCU被觸發(fā)報文接收中斷。

②進入ISR程序后，MCU會拿接收到的報文ID和產(chǎn)品規(guī)范所定義的需要解析的ID依次進行比較。

③經(jīng)過若干次比較后，如果接收報文ID和需要解析的ID一致，把報文存入接收緩沖區(qū)，發(fā)送“接收到新報文”信號。如果不一致，表明接收到的是無關報文，MCU直接丟棄報文。

在灑家這個產(chǎn)品中，需要解析大約20條報文。為了簡單，筆者按照ID從小到大的順序進行比較。顯然，無關報文需要進行20次比較，最終被MCU丟棄掉，相關報文進行比較的平均次數(shù)則為10次。實際上，測試軟件給出的那幾個OK項測試中，最多的比較次數(shù)也沒有超過10次。

寫到這里，問題的原因呼之欲出了！在大量高頻次報文的沖擊下，MCU一直忙于進行ID的比較匹配。無關報文的沖擊力量尤甚，因為MCU進入報文接收ISR后，每次都要進行多達20次比較??！

深諳摩爾定律的看官也許笑了，現(xiàn)在MCU性能這么高，20次比較算逑？！

筆者喜歡拿數(shù)據(jù)說話，這回咱就用初中數(shù)學知識掰扯掰扯。

CAN報文的數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應答場、幀結尾。

其中，幀起始標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位組成。仲裁場包括識別符和遠程發(fā)送請求位（RTR）。識別符的長度為11位。控制場由6個位組成，包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個將來作為擴展用的保留位。數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為0～8 個字節(jié)。CRC場包括CRC序列（CRC SEQUENCE），其后是CRC界定符（CRC DELIMITER）。CRC序列為15位，CRC界定符包含一個單獨的“隱性”位。應答場長度為2個位，包含應答間隙（ACK SLOT）和應答界定符（ACK DELIMITER）。幀結尾由一標志序列界定。這個標志序列由7 個“隱性”位組成。

所以一個8字節(jié)的數(shù)據(jù)幀的位數(shù)為1（幀起始）+ 12（仲裁場）+ 6（控制場）+ 64（數(shù)據(jù)場）+ 16（CRC場）+ 2（應答場）+ 7（幀結尾）= 108位。

報文之間存在幀間空間INTERFRAME SPACE。幀間包括間歇場、總線空閑的位場。間歇場包括3 個“隱性”的位。

所以，一個8字節(jié)的數(shù)據(jù)幀至少需要（108+3+1）* bitrate的時長，對于125kbps，需要0.896ms。對于500kbps，需要0.224ms。

不巧的是，筆者的產(chǎn)品需要面臨的就是500kbps通訊速率的總線通信。

那么問題來了，0.224ms來一次中斷，每次中斷執(zhí)行20次數(shù)據(jù)比較，你說MCU累不累？

累，MCU累得都快冒煙了！