7/19/2011

ARM Cortex-M0ボード"MARY"のリアルタイム性能





CQ出版・マルツパーツから販売されているARM Cortex-M0基盤 "MARY" （トランジスタ技術2011年4月増刊に付属）は，超小型ながら必要十分な基本機能と高い拡張性をもった，とてもクリスプなマイコンです．ご多分にもれず私も３月の発売時に大人買いしました（単体で買っても1980円，増刊号では3000円で2枚付属するという破格の安さも魅力の一つです）．
  • マイクロコントローラ：NXP LPC1114
  • CPUコア：ARM Cortex-M0
  • 動作クロック：48MHz
  • 内蔵フラッシュメモリ：32kBytes
まずは全開で回したとき（デジタル出力をON/OFFするだけのループ）の確認です．ループ周期は約1.7μsecでした. さすがに速いです．パルスにかなりヒゲが出ているのはGPIOの応答限界なのでしょうか．

ソース：
#Ifdef __USE_CMSIS
#include "LPC11xx.h"
#endif

int main(void)
{
  int sample_out; 

    GPIOSetDir(1, 8, 1);   // PIO1_8 : OUTPUT
    sample_out = 0;

    while(1)
    {
      GPIOSetValue(1, 8, sample_out); 
      sample_out = 1 - sample_out;
    }
    return 0; 
}



1000カウントの空for ループを入れて回したとき．ループ周期は約400μsecとなりました．



図は省略しますが，10000カウントにすると約4msec (=4000μsec) でした．デクリメントと条件分岐が一回あたり4μsecくらいかかるということですね．十分すぎるほど速いように見えますが，Cortex-M0は乗除算が（整数であっても）複数サイクルを要することと，浮動小数点演算はさらにさらに高コストなことを考えると，制御則などを下手にコーディングすると一気に時間がはねあがることも予想されます．これからもう少し演算性能をテストしておこうと思います．Cortex-M3,M4との比較も早くやってみたいところです．

追記：簡単な演算テストをしてみた結果は以下の通りでした．クロスコンパイラはgccです．
  •  int どうしの乗算 3.6μsec
  •  int どうしの除算 7μsec
  •  float どうしの乗算 60μsec
  •  float の sin関数 240μsec
コンパイラの最適化処理にも依存するので一概にはいえませんが，だいたいの目安にはなりそうです．やはりfloatで sqrt, sin, cos, exp などの数学関数を使うと急激に時間が増えます．二，三段の複合計算をしたら簡単に1msecを超えました．非線形制御を実装するときにはさまざまな工夫が必要です．

追記の追記：
Arduinoのリアルタイム性能についても少し追記しておきましたが，Arduinoでは全開で回したときの周期が460μsecでした．sinやcosを入れると数十msecまで増えることもあります．
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