CPU测速(MHz)和高精度延时(微秒级)

CPU 测速(MHz)和高精度延时(微秒级)

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Victor Chen,

一．高精度延时, 是 CPU 测速的基础
Windows 内部有一个精度非常高的定时器, 精度在微秒级, 但不同的系统这个定时器的频率不同, 这个频率与硬件和操作系统都可能有关。

利用 API 函数 QueryPerformanceFrequency 可以得到这个定时器的频率。
利用 API 函数 QueryPerformanceCounter 可以得到定时器的当前值。
根据要延时的时间和定时器的频率, 可以算出要延时的时间定时器经过的周期数。
在循环里用 QueryPerformanceCounter 不停的读出定时器值, 一直到经过了指定周期数再结束循环, 就达到了高精度延时的目的。

高精度延时的程序, 参数: 微秒:

void DelayUs(__int64 Us)
{
    LARGE_INTEGER CurrTicks, TicksCount;

    QueryPerformanceFrequency(&TicksCount);
    QueryPerformanceCounter(&CurrTicks);

    TicksCount.QuadPart = TicksCount.QuadPart * Us / 1000000i64;
    TicksCount.QuadPart += CurrTicks.QuadPart;

    while(CurrTicks.QuadPart         QueryPerformanceCounter(&CurrTicks);
}

二．测速程序
利用 rdtsc 汇编指令可以得到 CPU 内部定时器的值, 每经过一个 CPU 周期, 这个定时器就加一。
如果在一段时间内数得 CPU 的周期数, CPU工作频率 = 周期数 / 时间

为了不让其他进程和线程打扰, 必需要设置最高的优先级
以下函数设置当前进程和线程到最高的优先级。
SetPriorityClass(GetCurrentProcess(), REALTIME_PRIORITY_CLASS);
SetThreadPriority(GetCurrentThread(), THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL);

CPU 测速程序的源代码, 这个程序通过 CPU 在 1/16 秒的时间内经过的周期数计算出工作频率, 单位 MHz:

int CPU_Frequency(void) //MHz
{
    LARGE_INTEGER CurrTicks, TicksCount;
    __int64 iStartCounter, iStopCounter;

    DWORD dwOldProcessP = GetPriorityClass(GetCurrentProcess());
    DWORD dwOldThreadP = GetThreadPriority(GetCurrentThread());

    SetPriorityClass(GetCurrentProcess(), REALTIME_PRIORITY_CLASS);
    SetThreadPriority(GetCurrentThread(), THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL);

    QueryPerformanceFrequency(&TicksCount);
    QueryPerformanceCounter(&CurrTicks);

    TicksCount.QuadPart /= 16;
    TicksCount.QuadPart += CurrTicks.QuadPart;

    asm rdtsc
    asm mov DWORD PTR iStartCounter, EAX
    asm mov DWORD PTR (iStartCounter+4), EDX

    while(CurrTicks.QuadPart         QueryPerformanceCounter(&CurrTicks);

    asm rdtsc
    asm mov DWORD PTR iStopCounter, EAX
    asm mov DWORD PTR (iStopCounter + 4), EDX

    SetThreadPriority(GetCurrentThread(), dwOldThreadP);
    SetPriorityClass(GetCurrentProcess(), dwOldProcessP);

    return (int)((iStopCounter-iStartCounter)/62500);
}

前面是用 API 函数进行延时, 如果知道了 CPU 的工作频率, 利用循环, 也可以得到高精度的延时

int _CPU_FREQ = 0; //定义一个全局变量保存 CPU 频率 (MHz)

void CpuDelayUs(__int64 Us) //利用循环和 CPU 的频率延时, 参数: 微秒
{
    __int64 iCounter, iStopCounter;

    asm rdtsc
    asm mov DWORD PTR iCounter, EAX
    asm mov DWORD PTR (iCounter+4), EDX

    iStopCounter = iCounter + Us*_CPU_FREQ;

    while(iStopCounter-iCounter>0)
    {
        asm rdtsc
        asm mov DWORD PTR iCounter, EAX
        asm mov DWORD PTR (iCounter+4), EDX
    }
}

void TestDelay(void)
{
    _CPU_FREQ = CPU_Frequency(); //利用 CPU 频率初始化定时
    CpuDelayUs(1000000); //延时 1 秒钟
}

总结:
无论是前面程序中的 DelayUs 函数还是 CpuDelayUs 函数, 实际上的基础都是 API 函数 QueryPerformanceCounter
如果认为精度不够, 可以在测试 CPU 频率时延时更长时间, 但经过我的测试, 1/16秒足够了, 可以较高精度的测出 CPU 的工作频率。
程序里要进行高精度(微秒级)的延时, 完全可以采用 DelayUs 和 CpuDelayUs 函数。

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