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简介：

mcycle 是 RISC-V 架构中定义的一个 控制与状态寄存器 (CSR)，用于记录自处理器启动以来所经历的 CPU 时钟周期数。它是性能分析中非常重要的一个寄存器，通常用于测量代码执行的时间或性能。我们可以利用该寄存器来评估某一段代码的执行时间。 

 本次试验使用GDVF103 基于芯来科技(Bumblebee RISC-V处理器)硬件平台进行验证，以下是芯片手册中对mcycle 寄存器的说明。

除了上述的计数器寄存器外，芯片上还涉及了对应功能的开关使能寄存器。

该寄存器为芯片自定义CSR寄存器，非RISC-V 标准定义的CSR寄存器

根据寄存器描述及CSR 寄存器访问index 编写如下测试代码打印输出cpu cecyle 和 运行指令计数器状态。

unsigned int mcountinhibit(char argc,char ** argv)
{
    uint32_t countinhibit = 0;
    countinhibit = read_csr(0X320); //读取 mcycle 寄存器

    printf("IR %s\n",((countinhibit & 0x01U << 2U) ? "OFF" : "ON"));
    printf("CY %s\n",((countinhibit & 0x01U << 0U) ? "OFF" : "ON"));

	return 0;
}
LTSH_FUNCTION_EXPORT(mcountinhibit,"show mcountinhibit register");

运行结果如下打印输出发现是关闭状态。

查看本地环境的启动代码，发现在进入main 函数前为了降低功耗关闭了该功能。

提到了功耗，我很好奇GD32VF103 的关闭和开启cpu 运行计数和指令计数功能内核的功耗差距会有多大，本地添加代码手动控开启关闭该功能比较功耗的差异能有多少。

unsigned int mcount(char argc,char ** argv)
{
    uint32_t countinhibit = 0;
    if(argc == 1)
    {
        countinhibit = read_csr(mucounteren); //读取 mcycle 寄存器
        printf("MCOUNT = 0x%08x \n",countinhibit);
        printf("IR %s\n",((countinhibit & 0x01U << 2U) ? "OFF" : "ON"));
        printf("CY %s\n",((countinhibit & 0x01U << 0U) ? "OFF" : "ON"));
    }

    if(argc == 2)
    {

        if(strcmp(argv[1],"off") == 0)
            asm volatile ("csrsi 0x320, 0x5");

        if(strcmp(argv[1],"on") == 0)
            asm volatile ("csrci 0x320, 0x5");

    }


	return 0;
}
LTSH_FUNCTION_EXPORT(mcount,"show mcountinhibit register");

通过串口关闭和开启的场景下在3.3v 供电的时整板电流差距0.1ma 对一般的应用来说这点功耗不会有很大影响。

cycle 计数器采用64位的计数器，本地系统配置运行的频率为108MHZ，溢出的周期为5.41 年所以我们就不考虑计数器溢出的场景了，毕竟一个程序连续运行这么就的场景也很少见。

对应的cycle CSR 寄存器的index 分别是0xc00 和 0xc80 分别代表低32bit 和 高32bit

添加如下测试代码，计算FreeRtos 5 s的delay 这段代码前后的CPU Cycle 计数

运行打印输出如下：

[2024-12-22 21:47:28.021] cycle 3659014800
[2024-12-22 21:47:28.021] cycleh 12
[2024-12-22 21:47:33.025] cycle --4199388774
[2024-12-22 21:47:33.025] cycleh --12

CPU 的主频运行在108M 每个周期 9.259ns 执行前后的cycle 差为，

4199388774 - 3659014800  = 540,373,974 * 9.259 = ‭5,003,322,625.266‬ ns = 5.003322625266 S

修改代码周期打印输出结果正常。

上述测试结果说明RISC-V 的cycle 计数功能可以用来评估代码性能，也可以和perf counter 对接完成底层依赖的计时器功能。