ot;display: block;"> 目前,在線仿真器(In Circuit Emulator,ICE)在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中被越來越多的工程師所采用。尤其是在國外嵌入式開發(fā)公司中,ICE是一種必備的調(diào)試工具,被大規(guī)模地應(yīng)用,以提高開發(fā)調(diào)試階段的效率。但在國內(nèi),由于調(diào)試習慣和開發(fā)成本的原因,仿真器更多是在產(chǎn)品開發(fā)初期的底層驅(qū)動程序調(diào)試階段中被應(yīng)用。當產(chǎn)品的性能比較穩(wěn)定后,工程師往往會采用串口調(diào)試方法進行應(yīng)用程序的調(diào)試。
與仿真器調(diào)試相比,串口調(diào)試的功能比較簡單,人機交互功能也不夠友好。遇到復(fù)雜的程序錯誤時,開發(fā)效率可能會大大降低。一個功能強大的ICE,往往能夠提供豐富的調(diào)試手段,使調(diào)試工作事半功倍。ICE為嵌入式調(diào)試工作所帶來的方便和高效,只有使用者才能夠深刻地體會。
現(xiàn)在市面上的ICE種類很多,功能也有很大的不同。很多仿真器只能提供基本的調(diào)試功能,如設(shè)置斷點、系統(tǒng)資源的觀測等。有些高級功能,如嵌入式跟蹤宏單元(Embedded Trace Macrocell,ETM)跟蹤功能,只有一些高端仿真器才會提供,當然價格也比一般仿真器要高出不少。本文主要介紹使用ICE在程序優(yōu)化方面的一些應(yīng)用,其中要用到一些高級功能。
功能1:任意兩條語句間的運行時間的測量
當編好一段代碼,想計算這段代碼的運行時間,為代碼優(yōu)化提供依據(jù),該如何準確測量這段時間？
沒有仿真器的話,有以下兩種方法可以采用:
1. 手動計時,從執(zhí)行到這段代碼時開始看手表計時,到這段代碼運行結(jié)束時停止計時。這種方式誤差很大,對于執(zhí)行時間只有幾個微秒甚至更短時間的代碼段,這種方式顯然不能滿足要求。
2. 在代碼中加入計時函數(shù)。這種方式具有一定準確度,但是會增加代碼的復(fù)雜度,計時結(jié)果需要打印輸出。
如果使用ICE仿真器,這個工作就變得很簡單了。以橫河公司的advicePRO為例,在其所使用的自帶的調(diào)試軟件microVIEW-PLUS(以下簡稱MVP)中,既不需要看手表也不需要修改代碼,只要在代碼兩端設(shè)置斷點就可以輕松獲得這段代碼的運行時間,而且精確度可達20ns的范圍。如圖1所示,在執(zhí)行到第一個斷點b1時,將窗口狀態(tài)欄中的時間清零,再執(zhí)行代碼,程序停在第二個斷點b2時,這段代碼的執(zhí)行時間就會精確地顯示在狀態(tài)欄中。
圖1:設(shè)置斷點,以進行兩條語句間的運行時間的測量。
功能2:兩條語句間的運行時間的多次測量和分析
對于同一段代碼,由于運行條件不同,運行時間也不盡相同,可能會有較大的變化。如何對某段代碼的運行時間進行統(tǒng)計,真正達到性能分析的目的呢？
在使用仿真器時,可以重復(fù)“優(yōu)化功能1”中的測量功能,進行手動統(tǒng)計。但這樣做的缺點是費時費力,也不能真正反映程序?qū)崟r運行時的狀態(tài)。
帶ETM跟蹤功能的ICE仿真器可以提供一種簡便的測量功能,可以連續(xù)對程序進行指定次數(shù)的時間測量,并自動進行時間統(tǒng)計。但不是所有帶ETM跟蹤功能的仿真器都有這樣的功能,下面仍以橫河公司的advicePRO為例介紹該功能的使用。具體測量步驟如下:
1．在程序段設(shè)置的起始和結(jié)束事件點:事件(Event)是指程序執(zhí)行過程中的能夠被檢測到的各種活動。例如,某個函數(shù)或者某個地址上語句的執(zhí)行,某個地址上數(shù)據(jù)的讀寫,甚至監(jiān)測到的外部觸發(fā)信號都可以被定義成事件,作為跟蹤功能和時間測量的起始或者終止條件。圖2是通過設(shè)置窗口將某個源代碼文件的第184行的取指(Fetch)狀態(tài)作為事件e0。假設(shè)要測量LCD_test.c文件中for循環(huán)中的184行至191行的運行時間,根據(jù)圖2中的方法在184行和191行設(shè)置兩個事件e0和e1。(見圖3)
圖2:在設(shè)置窗口中設(shè)置源代碼文件的起始點。
圖3:在程序文件中設(shè)置了起始點和結(jié)束點后的MVP窗口。
2.設(shè)定外部輸出條件:將e0、e1設(shè)為外部輸出條件,如圖4所示。
圖4:設(shè)置外部輸出條件。
3.設(shè)定測量條件:在圖5所示的窗口中,將e0、e1設(shè)定為時間測量的起點和終點,并進行測量模式的設(shè)定。可以進行超過指定時間和在指定時間之內(nèi)的測量統(tǒng)計。
圖5:設(shè)定時間測量的起點和終點,并進行測量模式的設(shè)定。
4.運行程序:做好以上設(shè)定之后,可以運行程序,進行時間測量。
5.測量結(jié)果顯示:測量結(jié)束后,測量結(jié)果會以圖表形式自動顯示在報告窗口中,并且顯示最長、最短、平均運行時間。(見圖6)通過這個圖表,用戶可以清晰地了解這段代碼的運行時間分布情況,為代碼優(yōu)化提供最直接的依據(jù)。
圖6:通過以圖表形式顯示的測量結(jié)果,可以清晰地了解代碼的運行時間分布。
功能3:測量代碼覆蓋率
代碼覆蓋率(Coverage Ratio)是指在一段代碼中被執(zhí)行到的語句占這段代碼的比例。它是衡量代碼質(zhì)量的一個重要的指標,在代碼測試工作中經(jīng)常會被用到。在PC應(yīng)用程序中測試代碼覆蓋率不是一件很難的事情,但是在嵌入式系統(tǒng)的實時環(huán)境中進行測量就比較困難。
橫河公司的advicePLUS仿真器就提供了這樣的擴展功能,使嵌入式環(huán)境下測量代碼覆蓋率變成一件可以輕松完成的事情。設(shè)置方法很簡單,只要在MVP的相應(yīng)設(shè)置窗口中給出被測代碼段的起始和終止地址,或者給出被測函數(shù)的名稱即可。(見圖7)
圖7:在MVP中進行代碼覆蓋率分析。
程序運行結(jié)束后,代碼覆蓋率也會以圖表的形式顯示在結(jié)果窗口中。(見圖8)從圖表中可以很明顯看出各個函數(shù)的代碼執(zhí)行情況。
如:函數(shù)Strcpy()的代碼覆蓋率為0,說明此函數(shù)沒有被執(zhí)行過,對于編程者來說就要考慮這個函數(shù)是否有存在的必要。對于覆蓋率很低的函數(shù),需要考慮是否需要將此函數(shù)并入其他函數(shù)之中。
圖8:以圖表形式顯示的代碼覆蓋率。
不只代碼覆蓋率可以測量,某一地址范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)覆蓋率也可以進行類似的測量。這一功能讓使用者可以輕松掌握數(shù)據(jù)區(qū)的使用率信息。(見圖9)
圖9:測試指定地址范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)覆蓋率。
在嵌入式開發(fā)中進行程序優(yōu)化并不是一件很容易的事情,ICE仿真器提供的這些功能可以讓程序優(yōu)化變得簡單,讓程序員能更有效地配置系統(tǒng)資源。
需要注意的是,這些功能并不是所有ICE仿真器都能提供的。選擇功能強大的仿真器能夠給開發(fā)者帶來的不只是開發(fā)效率的提高,也能夠幫助開發(fā)者提高代碼質(zhì)量,使企業(yè)產(chǎn)品能夠更加穩(wěn)定可靠地運行。
作者:張國躍
技術(shù)工程師
上海橫河國際貿(mào)易有限公司
