組込みシステム実行時間の計測とリアルタイム性設計

 

Cortex-M3/M4はDWT（Data Watch and Trace Unit）を持ち、DWTにはクロック数を保持するレジスタCYCCNTが搭載されています。また、C-SPYは64bitのクロック数を保持するレジスタCYCLECOUNTERを持ちます。CYCLECOUNTERは正確なクロック数の計測と、C-SPYマクロとの組み合わせによる便利な機能を開発者に提供します。この記事では、ユーザが計測したい箇所の実行時間を計測する方法をご紹介します。

CYCLECOUNTERの表示

C-SPYデバッガ使用時にレジスタを表示させるため、[View] =>[Register]（表示=>レジスタ）を選びます。そして、CPUレジスタを選択し、CYCLECOUNTERを表示させます。CYCLECOUNTERに関するレジスタとして、CCTIMER1、CCTIMER2、およびCCSTEPがあります。命令のステップ実行時、これらのレジスタの値が更新されます。CCSTEPは、前回のブレークから今回のブレークまでの間のクロック数を示します。CYCLECOUNTER、CCTIMER1、そしてCCTIMER2は総クロック数を示します。CCTIMER1とCCTIMER2はユーザが自由にリセットでき、CYCLECOUNTERとCCSTEPはユーザには変えられません。最も簡単な時間計測の方法は、ブレークポイントを指定して、その時の各レジスタの値を見ることです。

実行時間の求め方

ソースコードの特定の箇所の実行時間は、前回のブレーク時のCYCLECOUNTERの値と、現在のCYCLECOUNTERの値の差分から求められます。

プログラムの開始前、始点とするブレークポイントと終点とするブレークポイントをセットします。

始点のブレークポイントでプログラムが停止した時、CCTIMER1を0にしましょう。終点のブレークポイントでプログラムが停止した時、CCTIMER1の値がプログラムの実行時間となります。もう一つのCCTIMER2も同様に使用できます。

C-SPYマクロで自動的に実行時間を計測

C-SPYはマクロがあり、テスト作業をより効率的にします。マクロにより、CYCLECOUNTERとCCTIMERを使って、自動的に実行時間を求めることが可能です。以下では、マクロ関数として、Clear_TIMER1とDumpを実装しています。

Clear_TIMER1(  ) {
     #CCTIMER1 = 0 ;
     __message "reset CCTIMER1=", #CCTIMER1;
}
 
Dump( )  {
  __message "CYCLECOUNTER=", #CYCLECOUNTER;
  __message "CCTIMER1=", #CCTIMER1;
}

上記のテキストファイルと例えば“cycle.mac”として保存し、[Project] => [Options] => [Debugger] => [Setup]（プロジェクト=>オプション=>デバッガ=>設定）から参照しましょう。

その後、計測したい箇所にブレークポイントをセットします。そして、[View] => [Breakpoints] （表示=>ブレークポイント）でブレークポイントウィンドウを開きます。

ブレークポイントウィンドウで、始点となるブレークポイントを右クリックし、 編集から“Clear_TIMER1()“を式に入力しましょう。そして、終点のブレークポイントも同様に右クリックし、編集から今度は”Dump()“を式に入力しましょう。

デバッグ実行結果

設定後、デバッグを実行してみましょう。実際に動かしてみると、デバッグログウィンドウにメッセージが表示されます。出力されたメッセージはテキストでコピーできるので、他の分析にも使用可能です。

まとめ

Coretex-M3/M4搭載のマイクロコントローラ向けの実行時間の計測方法をご紹介しました。IAR Embedded WorkbenchがサポートするCYCLECOUNTERは高精度の実行時間計測を可能にします。 さらに、C-SPYマクロとCYCLECOUNTERを組み合わせることで、自動化も実現できます。CCTIMER1とCCTIMER2しかユーザが操作できるレジスタはありませんが、マクロと組み合わせることで柔軟に計測を実現できます。組込みシステムの開発でリアルタイム性の設計をする際に、ぜひご活用ください。