windows下基于(QPC)实现的微秒级延时

1.为什么会写windows下微秒级延时

在上一篇 实现memcpy()函数及过程总结 中测试memcpy的效率中，测试时间的拷贝效率在微秒级别，需要使用微秒级时间间隔计数。

windows下提供QueryPerformanceCounter(查询高性能计数器)，QPC是基于硬件计数器，获取高分辨率时间戳。

参考：Acquiring high-resolution time stamps

应用形式：

LARGE_INTEGER start, end;
LARGE_INTEGER Frequency;
QueryPerformanceFrequency(&Frequency);
 
QueryPerformanceCounter(&start);
 
//运行时间体
  
QueryPerformanceCounter(&end);
  
//转换时间(us) double(end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000000 / Frequency.QuadPart

上面通过API查询高性能计数器，开始tick，结束tick，转换对应时间间隔。

2.基于QPC实现us延时

//timer.c

#include "timer.h"

static LARGE_INTEGER start;
static LARGE_INTEGER tick;
static LONGLONG SecondTick;

double GetMicrosecondTimeInterval(long long StartTick, long long EndTick, long long Frequency)
{
    return (double)(EndTick - StartTick) * 1000000 / Frequency;
}

/*
*    function:us延时初始化
*
*    parameter:无
*
*    return value:无
*                
*/
void MicrosecondDelayInit(void)
{
    LARGE_INTEGER frequence;
    QueryPerformanceFrequency(&frequence);
    SecondTick = frequence.QuadPart;    
}

/*
*    function:MicrosecondDelay();
*             实现微秒级延时
*    
*    parameter:
*                n:延时的us数
*    
*    return value:
*                无
*/

void MicrosecondDelay(int n)
{
    QueryPerformanceCounter(&start);
    double endtick = SecondTick * n/1000000.0 + start.QuadPart;
    for(;;)
    {
        QueryPerformanceCounter(&tick);
        if (tick.QuadPart >= endtick)
            break;
    }
}

//timer.h

#pragma once        //编译器保证头文件只编译一次

#include <windows.h>
#include <stdio.h>

#ifdef __cplusplus  
extern "C" {
#endif 
    double GetMicrosecondTimeInterval(long long StartTick, long long EndTick, long long Frequency);
    void MicrosecondDelayInit(void);
    void MicrosecondDelay(int n);
#ifdef __cplusplus  
}
#endif 

3.us延时测试

#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include"timer.h"

int main(void)
{
    LARGE_INTEGER Frequency;
    LARGE_INTEGER StartingTime, EndingTime;

    QueryPerformanceFrequency(&Frequency);
    MicrosecondDelayInit();

    QueryPerformanceCounter(&StartingTime);
    MicrosecondDelay(10);
    QueryPerformanceCounter(&EndingTime);

    printf("延时：%lf
", GetMicrosecondTimeInterval(StartingTime.QuadPart, EndingTime.QuadPart, Frequency.QuadPart));
    system("pause");
    return 0;
}

测试情况：

1.延时情况能达到us级，多次测试运行，个别情况延时会有出入（出现情况较少）。

　　分析原因：代码级影响较小，主要运行是在windows下，windows并不是实时操作系统，毕竟windows操作系统时间分辨率只能达到ms级。

                        延时可以被打断。cpu的频率会在变化，代码执行效率也会有影响。

2.这种延时效果明显好于Sleep的ms级延时。

4.windows下us延时，控制误差

1.硬件上实现us延时（这种情况对于不涉及底层硬件操作的并不现实）

2.既然windows提供给我们QPC（查询高性能计数器 <1us）,配合着使用我们自己实现的us级延时。

我们延时前获取StartTick,延时结束后再获取EndTick,转换对应对应时间间隔。QueryPerformanceCounter函数2次消耗时间几乎可以忽略。通过打印我们可以看到us延时数。

大多数运行情况，延时函数效果1us内误差。大于1us延时我们可以剔除，保证1us时间误差。(这种做法是我们需要us级延时做测试时采用，保证后面数据结果在特定延时效果下)

5.总结

us延时常用于测试一些性能时使用。windows并未通过us级的延时函数。QPC是基于查询硬件计数器获取时间间隔，能达到us级别。