现在单片机比如ESP32一秒内执行多少次代码?

这问题问得挺实在的，咱们就别扯那些虚的，直接说点大白话。你想知道像ESP32这种小家伙，一秒钟能跑多少指令，对吧？这可不是一个固定数字，就像问一个人一秒能走多少步一样，得看情况。

首先，得明白“代码”是个什么概念。

在单片机里，我们说的“代码”其实就是一堆指令。CPU（就是单片机的“大脑”）就是一条一条地去执行这些指令。比如，加法指令、读取内存指令、发送数据指令等等，这些都是最基本的单元。

ESP32是个啥样的？

ESP32不是那种大电脑，但它也算挺能干的。它里面有个核心，叫CPU（通常是Tensilica的Xtensa LX6或者LX7），它还有两个核心（如果你用的是双核版本）。这些CPU的核心，它们有个玩意儿叫“时钟频率”。

时钟频率是关键！

时钟频率就像是CPU的“心跳”，每秒钟跳多少下，就是多少赫兹（Hz）。ESP32的CPU，它的时钟频率通常可以跑到 240 MHz。别小看这个M，那是百万（Mega），所以240 MHz就是2亿4千万赫兹。

这意味着什么？

理论上，CPU每秒钟可以完成非常非常多的操作。但问题是，它不是每秒钟执行2亿4千万条“代码”，而是每秒钟“tick”了2亿4千万下。每一下“tick”，它能做什么？这就得看指令的复杂程度了。

一条指令要几个“tick”？

有些最简单的指令，比如加法，可能只需要一个“tick”就能完成。但有些复杂的指令，比如从内存里读取数据、执行一个函数调用，可能就需要好几个“tick”才能完成。这就好比你跑步，有些动作可能比走路快，但有些复杂的动作比如跳高，就需要更多的时间和力气。

所以，一秒钟能执行多少“代码”？

如果ESP32的CPU在240 MHz，并且它执行的都是最简单的单周期指令，理论上它每秒能执行 2.4亿条指令。但是，实际情况远没有这么理想。

为什么实际执行的指令数会少很多？

1. 指令的复杂性： 如前面说的，不是所有指令都那么快。很多常用的指令需要多个时钟周期。
2. 内存访问： 访问内存（比如读取传感器数据、写入变量）需要时间，特别是如果访问的是慢速的外部存储器。
3. 分支预测和流水线： 现代CPU都有一些“小聪明”，比如流水线（同时处理多条指令的不同阶段）和分支预测（猜你接下来会执行哪条代码）。但如果预测错了，或者流水线出了问题，就会浪费时间。
4. 外设交互： ESP32之所以强大，是因为它有很多外设，比如WiFi、蓝牙、GPIO（用来控制LED、读取按钮）、ADC（模拟转数字）等等。与这些外设打交道，需要CPU去控制它们，这本身就会占用CPU的时间。比如，发送一个WiFi数据包，这个过程很复杂，需要CPU忙活一阵子。
5. 操作系统（RTOS）： 很多ESP32的项目会运行一个实时操作系统（RTOS），比如FreeRTOS。RTOS负责管理CPU时间，调度不同的任务（比如你的WiFi任务、你的传感器读取任务、你的显示任务）。任务切换、信号量、消息队列这些RTOS的内部操作，都会消耗一部分CPU时间。
6. 中断： 当有外部事件发生时（比如按键被按下），会产生中断，CPU会暂停当前的任务，去处理中断服务程序。如果中断频繁发生，也会影响主程序的执行效率。
7. 代码优化： 编译器在编译你的代码时，会尽量优化，让代码跑得更快。但有些代码写得不够好，或者编译器优化能力有限，也会影响速度。

打个比方：

想象一下你在一个工厂里，工人（CPU）干活很快。但如果原材料（数据）要从很远的地方运过来（慢速内存或外设），或者车间里需要频繁换生产线（任务切换），或者要处理各种突发事件（中断），那么工人在单位时间内真正完成的“成品”（最终目标）数量就会少很多。

那么，ESP32一秒能执行多少代码？

对于一个典型的、运行着RTOS、处理着WiFi通信、读写传感器数据的ESP32程序来说，它 每秒钟实际执行的“有用”的代码指令，可能在几百万到几千万条之间。这个数字会根据你的程序逻辑、外设使用情况以及RTOS的调度策略而有很大差异。

怎么自己估算或者测试？

如果你想知道你的ESP32程序到底跑得怎么样，最直接的方法就是 计时。

简单计时： 在你的代码关键部分前后打上时间戳，然后计算差值。ESP32有一个叫做 `millis()` 的函数，可以返回从启动开始经过的毫秒数。你也可以使用 RTOS 提供的更精细的计时函数。
代码分析工具： 如果你用的是ESPIDF开发框架，它提供了一些性能分析工具，可以告诉你程序里哪些部分占用的CPU时间最多。

总而言之，ESP32的CPU理论上很快，但实际能跑多少代码，得看它在忙活什么。这就像问一台车能跑多快，还得看它是在赛道上飞驰，还是在拥堵的城市道路上龟速前进。

网友意见

你是写的C代码然后二进制编译下载了运行么? 还是python/lua之类脚本? 后者就别考虑一秒多少次了.

现代单片机, 笼统地说, 大部分都是单周期指令的, 51也会号称自己是"1T 8051", 虽然还是有不少需要4-6个周期的指令. AVR和ARM之类RISC指令集里大部分简单指令是单周期的, 如图:

STM8虽然是CISC, 靠流水线也基本实现了单周期, 如图:

有的是8位, 有的是32位, 有的是RISC, 有的是CISC, 怎么比较? 所以80年代有人开发了dhrystone测试程序, 当时DEC公司的VAX计算机主频是1MHz, 每秒能执行1757次dhrystone, 于是把每秒1757次dhrystone定义为1DMIPS. dhrystone基本只考察整数运算性能.

常用的单片机里, 51基本是0.1DMIPS/MHz以下(包括牛皮吹上天的STC), STM8约0.33DMIPS/MHz, AVR约0.5DMIPS/MHz, 乘以主频, 24M的STC51有2DMIPS, 16M的STM8有5DMIPS, 同样16M的AVR有8DMIPS. 和x86 PC相比, 大约是介于286和386之间.

STM32F10x标称1.25DMIPS/MHz, 然而却没有说72MHz主频时能跑到90DMIPS, 为什么? 因为它的FLASH在高频时需要插入等待周期, 性能会稍有下降. 实测72MHz时性能是65DMIPS左右, 大约是高端486到低端Pentium的水平.

STM32F40x加了cache, 解决了这个问题, 因此官方标称168MHz时性能就是168*1.25=210DMIPS, 接近Pentium MMX.

ESP8266实测80MHz时89DMIPS, 大约1.1DMIPS/MHz. 和STM32差不多. ESP32我没测, 如果和ESP8266相同水平, 在240MHz时应该至少有270DMIPS左右.

国产的GD32F350和GD32FFPR标称频率分别是108MHz和168MHz, 实际上都能超频到280MHz左右. 这俩因为把flash完整镜像到ram里运行, 不存在flash等待周期导致性能下降的问题, 因此超频后的性能达到了320DMIPS左右, 相当于当年的中期K6和赛扬300A之类.

GD32VF103则是换成了RISCV内核, 标称1.5DMIPS/MHz, 然而我和几个朋友实测的结果都达到了2DMIPS/MHz左右. 这东西能超频到192MHz, 总性能达到了382DMIPS.

双发射的STM32H750每个周期执行两条指令, 标称2.14DMIPS/MHz, 480M主频, 乘起来是1027DMIPS(官方数据, 非实测.), 已经和Pentium3差不多了.

我手里实测过几十款MCU, 详细数据见github链接:

x86 CPU的dhrystone数据见链接:

反对一下240MHz就是2.4亿条的回答。

经历过AMD推土机时代的人都知道处理器性能不能只看频率，有一个叫做IPC的东西(每个时钟周期能执行的指令数)，而如果处理器是240MHz就是一秒2.4亿时钟周期，为了对比不同主频和IPC的CPU性能，又有一个叫做MIPS(Million Instructions Per Second)的性能指标(每秒平均可执行的单字节长定点指令数)这就是你想问的东西了。但是很多情况下厂商不会公布处理器的MIPS指标，不过似乎还是能找到esp32的mips的是600MIPS。

另外值得注意的是，在同一架构下，每条指令的执行时间并不是等长的。指令也不是一条执行完才开始执行下一条的，由于处理器流水线的存在可以更好的利用CPU资源:将一条指令的执行过程分为几个子部分，这样流水线上就可以同时存在多条不同执行阶段指令。有些指令比较简单，比如只是单纯的对通用寄存器赋值而不需要读写内存，就会省去流水线上的很多步骤使得执行得会更快，而对于需要内存读写的指令则会慢一些。

你所说的执行速度明显不正常的变化和CPU本身关系应该不大，大概率是io操作导致的，单片机的io主要是通过读写内存映射寄存器来完成的，这种读写行为很可能是占用执行时间的主要原因。

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