サイクルタイムを測定しよう (10)

今回は、 Cypress の FM0+ MCU S6E1A シリーズに焦点をあてて、サイクルタイムを測定してみます。 CPU は、 Cortex-M0+ だから、 PSoC 4 と大きな違いはないでしょう。

Fast GPIO を使ったループ

今回のプロジェクトでも、ループを回るごとに GPIO をトグルさせて外部からループの周期を測定します。 PSoC 4 の場合、 Control Register コンポーネントを配置して、データを書き込むだけで出力がトグルするハードウェアを組みました。 FM0+ の場合、ハードウェアを組む事はできませんので、すべてソフトウェアで GPIO を操作します。

FM0+ には、ハードウェアを作成する機能は有りませんが、ソフトウェアから高速に GPIO を操作する機能を持っています。 それが、 Fast GPIO (FGPIO) です。 FGPIO は、 CPU に近いバスに接続されているため、 GPIO の操作に１クロックしか要しません。 こういった、高速に GPIO 出力を操作する用途には最適です。

    Gpio1pin_InitOut(FGPIO1PIN_P61, Gpio1pin_InitVal(1));
    FM_GPIO->FPOER6_f.P1 = 1;  // Enable FGPIO

使用する端子は、評価ボードの LED が接続されている P61 です。 ディレイを入れると、 LED の明滅で動作を確認できます。 P61 を出力に設定するためには、上記のように Gpio1pin_InitOut() マクロを使用します。 このマクロは、 Peripheral Driver Library (PDL) と呼ばれる基本ライブラリで提供されています。

デフォルトの状態では、各端子は GPIO として機能します。 これを FPGIO で制御させるために FPOER6 レジスタの当該ビットを１に設定します。 これで、 P61 は、 FGPIO の出力端子として機能します。

      func9(&bFM_GPIO_FPDOR6_P1, 0u, 2u);

実際に FGPIO をトグルさせる部分は、前回同様 func9() 関数にまとめました。 P61 の出力値を変更するためのレジスタが、 bFM_GPIO_FPDOR6_P1 にあります。 今回は、書き込み動作一回でトグルさせるのではなく、 set/clear の二回の書き込みでトグルさせます。 そのため、 clear するための値と set するための値を引数に与えています。

typedef volatile uint8_t reg8_t;

void func9(reg8_t *reg, uint8_t val0, uint8_t val1) @ ".text.func9" {
    for (;;) {
        *reg = val0;
        *reg = val1;
    }
}

func9() 関数は、上記のようになっています。 "@" で示されている名前は、セクション名です。 リンカのスクリプトで、このセクションを 32 バイト境界から配置するように指定しています。 bFM_GPIO_FPDOR6_P1 レジスタのアドレスと書き込む値を引数で与えると、それぞれ CPU のレジスタに値が保持されて、アクセス時間が最短になります。

     83              for (;;) {
    116                  *reg = val0;
   \                     ??func9_0: (+1)
   \   00000002   0x7001             STRB     R1,[R0, #+0]
    117                  *reg = val1;
   \   00000004   0x7002             STRB     R2,[R0, #+0]
   \   00000006   0xE7FC             B        ??func9_0
    118              }

コンパイラで生成されたコードは、３命令になりました。

実行サイクル数

このプログラムのループ周期を測定したところ、４サイクルで実行されることがわかりました。 CPU クロックを40MHzで操作させているので、10MHzのパルスで LED が駆動されたことになります。 さらに実験したところ、 STRB 命令が１サイクル、 B 命令が２サイクルで実行されるということがわかりました。

参考サイト

FM0+ S6E1A Series 5V Robust ARM® Cortex®-M0+ MCU

今回実験に使用したのは、 FM0+ S6E1A というシリーズの MCU です。

FM0-V48-S6E1A1 ARM® Cortex®-M0+ FM0+ MCU Evaluation Board

実験には、評価ボードを使用しました。 書き込みツールとして CMSIS-DAP として機能する FM3 が搭載されています。

FM MCU Peripheral Driver Library (PDL)

FM0+ の各種ペリフェラルを操作するための基本ライブラリです。 今回は、 FGPIO の初期化で使用しましたが、高速にアクセスするためには、レジスタを直接操作した方が良さそうです。

参考文書

AN210985 - Getting Started with FM0+ Development

FM0+ でプログラム開発を行うための手順が書かれています。 この文書では、 Peripheral Driver Library (PDL) の使用を前提としています。