windows下基於(QPC)實現的微秒級延時

1.為什么會寫windows下微秒級延時

在上一篇 實現memcpy()函數及過程總結 中測試memcpy的效率中，測試時間的拷貝效率在微秒級別，需要使用微秒級時間間隔計數。

windows下提供QueryPerformanceCounter(查詢高性能計數器)，QPC是基於硬件計數器，獲取高分辨率時間戳。

參考：Acquiring high-resolution time stamps

應用形式：

LARGE_INTEGER start, end;
LARGE_INTEGER Frequency;
QueryPerformanceFrequency(&Frequency);
 
QueryPerformanceCounter(&start);
 
//運行時間體
  
QueryPerformanceCounter(&end);
  
//轉換時間(us) double(end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000000 / Frequency.QuadPart

上面通過API查詢高性能計數器，開始tick，結束tick，轉換對應時間間隔。

2.基於QPC實現us延時

//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延時初始化
*
*    parameter:無
*
*    return value:無
*                
*/
void MicrosecondDelayInit(void)
{
    LARGE_INTEGER frequence;
    QueryPerformanceFrequency(&frequence);
    SecondTick = frequence.QuadPart;    
}

/*
*    function:MicrosecondDelay();
*             實現微秒級延時
*    
*    parameter:
*                n:延時的us數
*    
*    return value:
*                無
*/

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        //編譯器保證頭文件只編譯一次

#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延時測試

#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("延時：%lf\n", GetMicrosecondTimeInterval(StartingTime.QuadPart, EndingTime.QuadPart, Frequency.QuadPart));
    system("pause");
    return 0;
}

測試情況：

1.延時情況能達到us級，多次測試運行，個別情況延時會有出入（出現情況較少）。

　　分析原因：代碼級影響較小，主要運行是在windows下，windows並不是實時操作系統，畢竟windows操作系統時間分辨率只能達到ms級。

                        延時可以被打斷。cpu的頻率會在變化，代碼執行效率也會有影響。

2.這種延時效果明顯好於Sleep的ms級延時。

4.windows下us延時，控制誤差

1.硬件上實現us延時（這種情況對於不涉及底層硬件操作的並不現實）

2.既然windows提供給我們QPC（查詢高性能計數器 <1us）,配合着使用我們自己實現的us級延時。

我們延時前獲取StartTick,延時結束后再獲取EndTick,轉換對應對應時間間隔。QueryPerformanceCounter函數2次消耗時間幾乎可以忽略。通過打印我們可以看到us延時數。

大多數運行情況，延時函數效果1us內誤差。大於1us延時我們可以剔除，保證1us時間誤差。(這種做法是我們需要us級延時做測試時采用，保證后面數據結果在特定延時效果下)

5.總結

us延時常用於測試一些性能時使用。windows並未通過us級的延時函數。QPC是基於查詢硬件計數器獲取時間間隔，能達到us級別。