使用在線仿真器(ICE)進(jìn)行程序優(yōu)化

關(guān)鍵字：線仿真器 程序優(yōu)化

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(guó)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(guó)內(nèi)，由于調(diào)試習(xí)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(dòng)程序調(diào)試階段中被應(yīng)用。當(dāng)產(chǎn)品的性能比較穩(wěn)定后，工程師往往會(huì)采用串口調(diào)試方法進(jìn)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(jiǎn)單，人機(jī)交互功能也不夠友好。遇到復(fù)雜的程序錯(cuò)誤時(shí)，開發(fā)效率可能會(huì)大大降低。一個(gè)功能強(qiáng)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(huì)。

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(diǎn)、系統(tǒng)資源的觀測(cè)等。有些高級(jí)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(huì)提供，當(dāng)然價(jià)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(jí)功能。

功能1：任意兩條語句間的運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量

當(dāng)編好一段代碼，想計(jì)算這段代碼的運(yùn)行時(shí)間，為代碼優(yōu)化提供依據(jù)，該如何準(zhǔn)確測(cè)量這段時(shí)間？

沒有仿真器的話，有以下兩種方法可以采用：

1. 手動(dòng)計(jì)時(shí)，從執(zhí)行到這段代碼時(shí)開始看手表計(jì)時(shí)，到這段代碼運(yùn)行結(jié)束時(shí)停止計(jì)時(shí)。這種方式誤差很大，對(duì)于執(zhí)行時(shí)間只有幾個(gè)微秒甚至更短時(shí)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(jì)時(shí)函數(shù)。這種方式具有一定準(zhǔn)確度，但是會(huì)增加代碼的復(fù)雜度，計(jì)時(shí)結(jié)果需要打印輸出。

如果使用ICE仿真器，這個(gè)工作就變得很簡(jiǎn)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(jiǎn)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(diǎn)就可以輕松獲得這段代碼的運(yùn)行時(shí)間，而且精確度可達(dá)20ns的范圍。如圖1所示，在執(zhí)行到第一個(gè)斷點(diǎn)b1時(shí)，將窗口狀態(tài)欄中的時(shí)間清零，再執(zhí)行代碼，程序停在第二個(gè)斷點(diǎn)b2時(shí)，這段代碼的執(zhí)行時(shí)間就會(huì)精確地顯示在狀態(tài)欄中。

圖1：設(shè)置斷點(diǎn)，以進(jìn)行兩條語句間的運(yùn)行時(shí)間的測(cè)量。

功能2：兩條語句間的運(yùn)行時(shí)間的多次測(cè)量和分析

對(duì)于同一段代碼，由于運(yùn)行條件不同，運(yùn)行時(shí)間也不盡相同，可能會(huì)有較大的變化。如何對(duì)某段代碼的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，真正達(dá)到性能分析的目的呢？

在使用仿真器時(shí)，可以重復(fù)“優(yōu)化功能1”中的測(cè)量功能，進(jìn)行手動(dòng)統(tǒng)計(jì)。但這樣做的缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也不能真正反映程序?qū)崟r(shí)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。

帶ETM跟蹤功能的ICE仿真器可以提供一種簡(jiǎn)便的測(cè)量功能，可以連續(xù)對(duì)程序進(jìn)行指定次數(shù)的時(shí)間測(cè)量，并自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)。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(cè)量步驟如下：

1．在程序段設(shè)置的起始和結(jié)束事件點(diǎn)：事件(Event)是指程序執(zhí)行過程中的能夠被檢測(cè)到的各種活動(dòng)。例如，某個(gè)函數(shù)或者某個(gè)地址上語句的執(zhí)行，某個(gè)地址上數(shù)據(jù)的讀寫，甚至監(jiān)測(cè)到的外部觸發(fā)信號(hào)都可以被定義成事件，作為跟蹤功能和時(shí)間測(cè)量的起始或者終止條件。圖2是通過設(shè)置窗口將某個(gè)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(cè)量LCD_test.c文件中for循環(huán)中的184行至191行的運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)圖2中的方法在184行和191行設(shè)置兩個(gè)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(diǎn)。

圖3：在程序文件中設(shè)置了起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)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(cè)量條件:在圖5所示的窗口中，將e0、e1設(shè)定為時(shí)間測(cè)量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，并進(jìn)行測(cè)量模式的設(shè)定?？梢赃M(jìn)行超過指定時(shí)間和在指定時(shí)間之內(nèi)的測(cè)量統(tǒng)計(jì)。

圖5：設(shè)定時(shí)間測(cè)量的起點(diǎn)和終點(diǎn)，并進(jìn)行測(cè)量模式的設(shè)定。

4.運(yùn)行程序:做好以上設(shè)定之后，可以運(yùn)行程序，進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。

5.測(cè)量結(jié)果顯示:測(cè)量結(jié)束后，測(cè)量結(jié)果會(huì)以圖表形式自動(dòng)顯示在報(bào)告窗口中，并且顯示最長(zhǎng)、最短、平均運(yùn)行時(shí)間。(見圖6)通過這個(gè)圖表，用戶可以清晰地了解這段代碼的運(yùn)行時(shí)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(cè)量結(jié)果，可以清晰地了解代碼的運(yùn)行時(shí)間分布。

功能3：測(cè)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(gè)重要的指標(biāo)，在代碼測(cè)試工作中經(jīng)常會(huì)被用到。在PC應(yīng)用程序中測(cè)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(shí)時(shí)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)量就比較困難。

橫河公司的advicePLUS仿真器就提供了這樣的擴(kuò)展功能，使嵌入式環(huán)境下測(cè)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(jiǎn)單，只要在MVP的相應(yīng)設(shè)置窗口中給出被測(cè)代碼段的起始和終止地址，或者給出被測(cè)函數(shù)的名稱即可。(見圖7)

圖7：在MVP中進(jìn)行代碼覆蓋率分析。

程序運(yùn)行結(jié)束后，代碼覆蓋率也會(huì)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(gè)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(duì)于編程者來說就要考慮這個(gè)函數(shù)是否有存在的必要。對(duì)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(cè)量，某一地址范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)覆蓋率也可以進(jìn)行類似的測(cè)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(cè)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(jìn)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(jiǎn)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(qiáng)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(yùn)行。