使用在线仿真器(ICE)进行程序优化

2011-12-21 09:59:42来源: 互联网 关键字:线仿真器  程序优化

目前,在线仿真器(In Circuit Emulator,ICE)在嵌入式系统开发中被越来越多的工程师所采用。尤其是在国外嵌入式开发公司中,ICE是一种必备的调试工具,被大规模地应用,以提高开发调试阶段的效率。但在国内,由于调试习惯和开发成本的原因,仿真器更多是在产品开发初期的底层驱动程序调试阶段中被应用。当产品的性能比较稳定后,工程师往往会采用串口调试方法进行应用程序的调试。

与仿真器调试相比,串口调试的功能比较简单,人机交互功能也不够友好。遇到复杂的程序错误时,开发效率可能会大大降低。一个功能强大的ICE,往往能够提供丰富的调试手段,使调试工作事半功倍。ICE为嵌入式调试工作所带来的方便和高效,只有使用者才能够深刻地体会。

现在市面上的ICE种类很多,功能也有很大的不同。很多仿真器只能提供基本的调试功能,如设置断点、系统资源的观测等。有些高级功能,如嵌入式跟踪宏单元(Embedded Trace Macrocell,ETM)跟踪功能,只有一些高端仿真器才会提供,当然价格也比一般仿真器要高出不少。本文主要介绍使用ICE在程序优化方面的一些应用,其中要用到一些高级功能。

功能1:任意两条语句间的运行时间的测量

当编好一段代码,想计算这段代码的运行时间,为代码优化提供依据,该如何准确测量这段时间?

没有仿真器的话,有以下两种方法可以采用:

1. 手动计时,从执行到这段代码时开始看手表计时,到这段代码运行结束时停止计时。这种方式误差很大,对于执行时间只有几个微秒甚至更短时间的代码段,这种方式显然不能满足要求。

2. 在代码中加入计时函数。这种方式具有一定准确度,但是会增加代码的复杂度,计时结果需要打印输出。

如果使用ICE仿真器,这个工作就变得很简单了。以横河公司的advicePRO为例,在其所使用的自带的调试软件microVIEW-PLUS(以下简称MVP)中,既不需要看手表也不需要修改代码,只要在代码两端设置断点就可以轻松获得这段代码的运行时间,而且精确度可达20ns的范围。如图1所示,在执行到第一个断点b1时,将窗口状态栏中的时间清零,再执行代码,程序停在第二个断点b2时,这段代码的执行时间就会精确地显示在状态栏中。

 

图1:设置断点,以进行两条语句间的运行时间的测量。
图1:设置断点,以进行两条语句间的运行时间的测量。

功能2:两条语句间的运行时间的多次测量和分析

对于同一段代码,由于运行条件不同,运行时间也不尽相同,可能会有较大的变化。如何对某段代码的运行时间进行统计,真正达到性能分析的目的呢?

在使用仿真器时,可以重复“优化功能1”中的测量功能,进行手动统计。但这样做的缺点是费时费力,也不能真正反映程序实时运行时的状态。

带ETM跟踪功能的ICE仿真器可以提供一种简便的测量功能,可以连续对程序进行指定次数的时间测量,并自动进行时间统计。但不是所有带ETM跟踪功能的仿真器都有这样的功能,下面仍以横河公司的advicePRO为例介绍该功能的使用。具体测量步骤如下:

1.在程序段设置的起始和结束事件点:事件(Event)是指程序执行过程中的能够被检测到的各种活动。例如,某个函数或者某个地址上语句的执行,某个地址上数据的读写,甚至监测到的外部触发信号都可以被定义成事件,作为跟踪功能和时间测量的起始或者终止条件。图2是通过设置窗口将某个源代码文件的第184行的取指(Fetch)状态作为事件e0。假设要测量LCD_test.c文件中for循环中的184行至191行的运行时间,根据图2中的方法在184行和191行设置两个事件e0和e1。(见图3)

 

图2:在设置窗口中设置源代码文件的起始点。
图2:在设置窗口中设置源代码文件的起始点。

 

图3:在程序文件中设置了起始点和结束点后的MVP窗口。
图3:在程序文件中设置了起始点和结束点后的MVP窗口。

2.设定外部输出条件:将e0、e1设为外部输出条件,如图4所示。

 

图4:设置外部输出条件。
图4:设置外部输出条件。

3.设定测量条件:在图5所示的窗口中,将e0、e1设定为时间测量的起点和终点,并进行测量模式的设定。可以进行超过指定时间和在指定时间之内的测量统计。

 

图5:设定时间测量的起点和终点,并进行测量模式的设定。
图5:设定时间测量的起点和终点,并进行测量模式的设定。

4.运行程序:做好以上设定之后,可以运行程序,进行时间测量。

5.测量结果显示:测量结束后,测量结果会以图表形式自动显示在报告窗口中,并且显示最长、最短、平均运行时间。(见图6)通过这个图表,用户可以清晰地了解这段代码的运行时间分布情况,为代码优化提供最直接的依据。

 

图6:通过以图表形式显示的测量结果,可以清晰地了解代码的运行时间分布。
图6:通过以图表形式显示的测量结果,可以清晰地了解代码的运行时间分布。

功能3:测量代码覆盖率

代码覆盖率(Coverage Ratio)是指在一段代码中被执行到的语句占这段代码的比例。它是衡量代码质量的一个重要的指标,在代码测试工作中经常会被用到。在PC应用程序中测试代码覆盖率不是一件很难的事情,但是在嵌入式系统的实时环境中进行测量就比较困难。

横河公司的advicePLUS仿真器就提供了这样的扩展功能,使嵌入式环境下测量代码覆盖率变成一件可以轻松完成的事情。设置方法很简单,只要在MVP的相应设置窗口中给出被测代码段的起始和终止地址,或者给出被测函数的名称即可。(见图7)

 

图7:在MVP中进行代码覆盖率分析。
图7:在MVP中进行代码覆盖率分析。

程序运行结束后,代码覆盖率也会以图表的形式显示在结果窗口中。(见图8)从图表中可以很明显看出各个函数的代码执行情况。

如:函数Strcpy()的代码覆盖率为0,说明此函数没有被执行过,对于编程者来说就要考虑这个函数是否有存在的必要。对于覆盖率很低的函数,需要考虑是否需要将此函数并入其他函数之中。

 

图8:以图表形式显示的代码覆盖率。
图8:以图表形式显示的代码覆盖率。

不只代码覆盖率可以测量,某一地址范围内的数据覆盖率也可以进行类似的测量。这一功能让使用者可以轻松掌握数据区的使用率信息。(见图9)

 

图9:测试指定地址范围内的数据覆盖率。
图9:测试指定地址范围内的数据覆盖率。

在嵌入式开发中进行程序优化并不是一件很容易的事情,ICE仿真器提供的这些功能可以让程序优化变得简单,让程序员能更有效地配置系统资源。

需要注意的是,这些功能并不是所有ICE仿真器都能提供的。选择功能强大的仿真器能够给开发者带来的不只是开发效率的提高,也能够帮助开发者提高代码质量,使企业产品能够更加稳定可靠地运行。

关键字:线仿真器  程序优化

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1221/article_4239.html
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