ARM M4 每周期指令 (IPC) 计数器

Question

我想计算在 ARM cortex-M4（或 cortex-M3）处理器上执行的每个周期的指令数。

需要的是：我要分析的代码的指令数（在运行时执行）以及代码执行所需的周期数。 p>

1 - 循环数

使用循环计数器非常简单直接。

volatile unsigned int *DWT_CYCCNT  ;
volatile unsigned int *DWT_CONTROL ;
volatile unsigned int *SCB_DEMCR   ;

void reset_timer(){
    DWT_CYCCNT   = (int *)0xE0001004; //address of the register
    DWT_CONTROL  = (int *)0xE0001000; //address of the register
    SCB_DEMCR    = (int *)0xE000EDFC; //address of the register
    *SCB_DEMCR   = *SCB_DEMCR | 0x01000000;
    *DWT_CYCCNT  = 0; // reset the counter
    *DWT_CONTROL = 0; 
}

void start_timer(){
    *DWT_CONTROL = *DWT_CONTROL | 1 ; // enable the counter
}

void stop_timer(){
    *DWT_CONTROL = *DWT_CONTROL | 0 ; // disable the counter    
}

unsigned int getCycles(){
    return *DWT_CYCCNT;
}

main(){
    ....
    reset_timer(); //reset timer
    start_timer(); //start timer
    //Code to profile
    ...
    myFunction();
    ...
    stop_timer(); //stop timer
    numCycles = getCycles(); //read number of cycles 
    ...
}

2 - 指令数

我在网上找到了一些文档来计算 arm cortex-M3 和 cortex-M4 (link) 执行的指令数：

  # instructions = CYCCNT - CPICNT - EXCCNT - SLEEPCNT - LSUCNT + FOLDCNT

他们提到的寄存器记录在 here（从第 11-13 页开始），这些是访问它们的内存地址：

DWT_CYCCNT   = 0xE0001004
DWT_CONTROL  = 0xE0001000
SCB_DEMCR    = 0xE000EDFC
DWT_CPICNT   = 0xE0001008
DWT_EXCCNT   = 0xE000100C
DWT_SLEEPCNT = 0xE0001010
DWT_LSUCNT   = 0xE0001014
DWT_FOLDCNT  = 0xE0001018

DWT_CONTROL 寄存器用于启用计数器，尤其是循环计数器，记录在 here。

但是当我尝试将所有内容放在一起计算每个周期执行的指令数时，我没有成功。

Here 有一个关于如何从 gdb 使用它们的小指南。

不容易的是，有些寄存器是 8 位寄存器（DWT_CPICNT、DWT_EXCCNT、DWT_SLEEPCNT、DWT_LSUCNT、DWT_FOLDCNT），当它们溢出时会触发事件。我没有找到收集该事件的方法。没有代码 sn-p 解释如何执行此操作或中断适用于此的例程。

此外，在这些寄存器的地址上使用来自 gdb 的观察点似乎不起作用。当寄存器更改值时，gdb 无法停止。例如。在 DWT_LSUCNT 上：

(gdb) watch *0xE0001014

更新：我在 GitHub 上找到了这个 project，它解释了如何使用 DWT、ITM 和 ETM 单元。但我没有检查它是否有效！我会发布更新。

知道如何使用它们吗？

谢谢！

Answer 1

我不知道如何以您想要的方式使用寄存器。但是，这是我处理测量周期的方式。

确保在SysTick Control and Status Register 处启用计数器。使用适当的标头，您应该可以访问 SysTick 寄存器作为结构。

测量计数器功能所用的周期数。这稍后会从任何测量值中减去。

  SysTick->VAL = 0; // set 0
  // Measure delay on measurement  
  __disable_irq();
  a = (uint32_t) SysTick->VAL;
  //... measuring zero instructions
  b = (uint32_t) SysTick->VAL;
  __enable_irq();
  measure_delay = a - b;

现在测量一个函数。

SysTick->VAL = 0;
__disable_irq();
a = (uint32_t) SysTick->VAL;

//Assuming this function doesn't require interruptions

// INSERT CODE TO BE PROFILED
function_to_be_examined();

b = (uint32_t) SysTick->VAL;
__enable_irq();
cycles_profiled_code = a - b - measure_delay;

希望对你有帮助。

Answer 2

您提供的代码示例在清除启用位时存在问题。您应该使用 'AND' 而不是 'OR' 清除该位：

*DWT_CONTROL = *DWT_CONTROL & 0xFFFFFFFE ; // disable the counter by clearing the enable bit

Answer 3

我认为如果您想测量精度周期，使用调试器是一个不错的选择。 Keil-MDK 可以累积状态寄存器并且不会溢出。调试器中的结果与使用 DWT 的结果相同。

如果你想测量其他值，即FOLDCNT，使用Keil-MDK中的trace -> Debug -> Setting -> Trace -> Trace Enable。

这样，在调试时，在Trace窗口中选择trace事件，这8位寄存器的值就可以被Keil收集起来了。

这似乎有点愚蠢，但我不知道如何收集溢出事件，我认为这个事件只能发送到 ITM，因为 DWT 或 ITM 是程序之外的单个组件。如果我们想在客户程序中收集事件，收集动作必须影响结果的准确性。

ITM？ ETM？核心视力？载重吨？AHB？