[转]windows下实现微秒级的延时 |
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原文地址: http://blog.csdn.net/lhsxsh/article/details/4151393 1.微秒级的延时肯定不能基于消息(SetTimer函数),因为一出现消息堵塞等就会影响精 度,而且setTimer单位才是毫秒.实际响应时间可能要到55毫秒左右. 2.微秒级的延时也不能基于中断,VxD最快的时钟服务程序Set_Global_Time_Out函数 才能保证1毫秒的精度.其他挂接int 8H中断处理函数等,只能保证55ms的精度.(有时还不 能) 3.因此可以想到汇编下的那种基于循环执行语句的那种延时.但汇编那种代码不通用,跟 cpu的频率有关. 所以可以用windows下的几个函数来写出通用代 码.GetTickCout,timeGetTime,QueryPerformanceCounter. 1)GetTickCout响应只能保证55ms的精度 2)timeGetTime只能保证1ms的精度 3)而QueryPerformanceCounter函数不依赖计算中断的次数,而是靠读取别的硬件时钟来 实现的,可以有0.8微秒的精度.这个系统不支持windows 95以下的系统,不过这些系统应 该没人用了吧. 下面是示例代码: //LARGE_INTEGER类型类似一个64位的整型,是一个union,里面是LongLong类型和两个 long组成的结构体的union. //QueryPerformanceFrequency函数得到你的计算机里高精度计时器每秒计时多少次, //参数LARGE_INTEGER,返回false表示你的当前计算机硬件不支持高精度计时器. //QueryPerformanceCounter函数得到当前计时器记了多少次.类似与GetTickCout. #include #include using namespace std; void main(){ int delayTime = 20; //微秒级的延时. LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0}; if (!QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq)) { cout DWORD delayTimeBegin; DWORD delayTimeEnd; delayTimeBegin=timeGetTime(); do { delayTimeEnd=timeGetTime(); }while(delayTimeEnd-delayTimeBeginsettings->link->Object/library modules中添加winmm.lib ,也可以在文件头部添加 #pragma comment( lib,"winmm.lib" ) 命令行:#pragma comment( lib,"xxx.lib" )时预编译处理指令,让vc将winmm.lib添加到工程中去进行编译。 在Windows平台下,常用的计时器有两种,一种是timeGetTime多媒体计时器,它可以提供毫秒级的计时。但这个精度对很多应用场合而言还是太粗糙了。另一种是QueryPerformanceCount计数器,随系统的不同可以提供微秒级的计数。对于实时图形处理、多媒体数据流处理、或者实时系统构造的程序员,善用QueryPerformanceCount/QueryPerformanceFrequency是一项基本功。 本文要介绍的,是另一种直接利用Pentium CPU内部时间戳进行计时的高精度计时手段。以下讨论主要得益于《Windows图形编程》一书,第15页-17页,有兴趣的读者可以直接参考该书。关于RDTSC指令的详细讨论,可以参考Intel产品手册。本文仅仅作抛砖之用。 在Intel Pentium以上级别的CPU中,有一个称为“时间戳(Time Stamp)”的部件,它以64位无符号整型数的格式,记录了自CPU上电以来所经过的时钟周期数。由于目前的CPU主频都非常高,因此这个部件可以达到纳秒级的计时精度。这个精确性是上述两种方法所无法比拟的。 在Pentium以上的CPU中,提供了一条机器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)来读取这个时间戳的数字,并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器,所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用。像这样: inline unsigned __int64 GetCycleCount() { __asm RDTSC } 但是不行,因为RDTSC不被C++的内嵌汇编器直接支持,所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31,如下: inline unsigned __int64 GetCycleCount() { __asm _emit 0x0F __asm _emit 0x31 } 以后在需要计数器的场合,可以像使用普通的Win32 API一样,调用两次GetCycleCount函数,比较两个返回值的差,像这样: unsigned long t; t = (unsigned long)GetCycleCount(); //Do Something time-intensive ... t -= (unsigned long)GetCycleCount(); 《Windows图形编程》第15页编写了一个类,把这个计数器封装起来。有兴趣的读者可以去参考那个类的代码。作者为了更精确的定时,做了一点小小的改进,把执行RDTSC指令的时间,通过连续两次调用GetCycleCount函数计算出来并保存了起来,以后每次计时结束后,都从实际得到的计数中减掉这一小段时间,以得到更准确的计时数字。但我个人觉得这一点点改进意义不大。在我的机器上实测,这条指令大概花掉了几十到100多个周期,在Celeron 800MHz的机器上,这不过是十分之一微秒的时间。对大多数应用来说,这点时间完全可以忽略不计;而对那些确实要精确到纳秒数量级的应用来说,这个补偿也过于粗糙了。 这个方法的优点是: 1.高精度。 可以直接达到纳秒级的计时精度(在1GHz的CPU上每个时钟周期就是一纳秒),这是其他计时方法所难以企及的。 2.成本低。 timeGetTime 函数需要链接多媒体库winmm.lib,QueryPerformance* 函数根据MSDN的说明,需要硬件的支持(虽然我还没有见过不支持的机器)和KERNEL库的支持,所以二者都只能在Windows平台下使用(关于DOS平台下的高精度计时问题,可以参考《图形程序开发人员指南》,里面有关于控制定时器8253的详细说明)。但RDTSC指令是一条CPU指令,凡是i386平台下Pentium以上的机器均支持,甚至没有平台的限制(我相信i386版本UNIX和Linux下这个方法同样适用,但没有条件试验),而且函数调用的开销是最小的。 3.具有和CPU主频直接对应的速率关系。 一个计数相当于1/(CPU主频Hz数)秒,这样只要知道了CPU的主频,可以直接计算出时间。这和QueryPerformanceCount不同,后者需要通过QueryPerformanceFrequency获取当前计数器每秒的计数次数才能换算成时间。 这个方法的缺点是: 1.现有的C/C++编译器多数不直接支持使用RDTSC指令,需要用直接嵌入机器码的方式编程,比较麻烦。 2.数据抖动比较厉害。其实对任何计量手段而言,精度和稳定性永远是一对矛盾。如果用低精度的timeGetTime来计时,基本上每次计时的结果都是相同的;而RDTSC指令每次结果都不一样,经常有几百甚至上千的差距。这是这种方法高精度本身固有的矛盾。 关于这个方法计时的最大长度,我们可以简单的用下列公式计算: 自CPU上电以来的秒数 = RDTSC读出的周期数 / CPU主频速率(Hz) 64位无符号整数所能表达的最大数字是1.8×10^19,在我的Celeron 800上可以计时大约700年(书中说可以在200MHz的Pentium上计时117年,这个数字不知道是怎么得出来的,与我的计算有出入)。无论如何,我们大可不必关心溢出的问题。 下面是几个小例子,简要比较了三种计时方法的用法与精度 //Timer1.cpp 使用了RDTSC指令的Timer类//KTimer类的定义可以参见《Windows图形编程》P15 //编译行:CL Timer1.cpp /link USER32.lib #include #include "KTimer.h" main() { unsigned t; KTimer timer; timer.Start(); Sleep(1000); t = timer.Stop(); printf("Lasting Time: %d/n",t); } //Timer2.cpp 使用了timeGetTime函数 //需包含,但由于Windows头文件错综复杂的关系 //简单包含比较偷懒:) //编译行:CL timer2.cpp /link winmm.lib #include #include main() { DWORD t1, t2; t1 = timeGetTime(); Sleep(1000); t2 = timeGetTime(); printf("Begin Time: %u/n", t1); printf("End Time: %u/n", t2); printf("Lasting Time: %u/n",(t2-t1)); } //Timer3.cpp 使用了QueryPerformanceCounter函数 //编译行:CL timer3.cpp /link KERNEl32.lib #include #include main() { LARGE_INTEGER t1, t2, tc; QueryPerformanceFrequency(&tc); printf("Frequency: %u/n", tc.QuadPart); QueryPerformanceCounter(&t1); Sleep(1000); QueryPerformanceCounter(&t2); printf("Begin Time: %u/n", t1.QuadPart); printf("End Time: %u/n", t2.QuadPart); printf("Lasting Time: %u/n",( t2.QuadPart- t1.QuadPart)); } //以上三个示例程序都是测试1秒钟休眠所耗费的时间 file://测/试环境:Celeron 800MHz / 256M SDRAM // Windows 2000 Professional SP2 // Microsoft Visual C++ 6.0 SP5 以下是Timer1的运行结果,使用的是高精度的RDTSC指令 Lasting Time: 804586872 以下是Timer2的运行结果,使用的是最粗糙的timeGetTime API Begin Time: 20254254 End Time: 20255255 Lasting Time: 1001 以下是Timer3的运行结果,使用的是QueryPerformanceCount API Frequency: 3579545 Begin Time: 3804729124 End Time: 3808298836 Lasting Time: 3569712 ----------------------------------------- |
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