與仿真器調試相比,串口調試的功能比較簡單,人機交互功能也不夠友好。遇到復雜的程序錯誤時,開發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試手段,使調試工作事半功倍。ICE為嵌入式調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試功能,如設置斷點、系統資源的觀測等。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在程序優化方面的一些應用,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,為代碼優化提供依據,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,從執行到這段代碼時開始看手表計時,到這段代碼運行結束時停止計時。這種方式誤差很大,對于執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。這種方式具有一定準確度,但是會增加代碼的復雜度,計時結果需要打印輸出。

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,在執行到第一個斷點b1時,將窗口狀態欄中的時間清零,再執行代碼,程序停在第二個斷點b2時,這段代碼的執行時間就會精確地顯示在狀態欄中。

圖1:設置斷點,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計,真正達到性能分析的目的呢？

在使用仿真器時,可以重復“優化功能1”中的測量功能,進行手動統計。但這樣做的缺點是費時費力,也不能真正反映程序實時運行時的狀態。

帶ETM跟蹤功能的ICE仿真器可以提供一種簡便的測量功能,可以連續對程序進行指定次數的時間測量,并自動進行時間統計。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．在程序段設置的起始和結束事件點:事件(Event)是指程序執行過程中的能夠被檢測到的各種活動。例如,某個函數或者某個地址上語句的執行,某個地址上數據的讀寫,甚至監測到的外部觸發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是通過設置窗口將某個源代碼文件的第184行的取指(Fetch)狀態作為事件e0。假設要測量LCD_test.c文件中for循環中的184行至191行的運行時間,根據圖2中的方法在184行和191行設置兩個事件e0和e1。(見圖3)

圖2:在設置窗口中設置源代碼文件的起始點。

圖3:在程序文件中設置了起始點和結束點后的MVP窗口。

2.設定外部輸出條件:將e0、e1設為外部輸出條件,如圖4所示。

圖4:設置外部輸出條件。

3.設定測量條件:在圖5所示的窗口中,將e0、e1設定為時間測量的起點和終點,并進行測量模式的設定。可以進行超過指定時間和在指定時間之內的測量統計。

圖5:設定時間測量的起點和終點,并進行測量模式的設定。

4.運行程序:做好以上設定之后,可以運行程序,進行時間測量。

5.測量結果顯示:測量結束后,測量結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,為代碼優化提供最直接的依據。

圖6:通過以圖表形式顯示的測量結果,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行到的語句占這段代碼的比例。它是衡量代碼質量的一個重要的指標,在代碼測試工作中經常會被用到。在PC應用程序中測試代碼覆蓋率不是一件很難的事情,但是在嵌入式系統的實時環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,使嵌入式環境下測量代碼覆蓋率變成一件可以輕松完成的事情。設置方法很簡單,只要在MVP的相應設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。

程序運行結束后,代碼覆蓋率也會以圖表的形式顯示在結果窗口中。(見圖8)從圖表中可以很明顯看出各個函數的代碼執行情況。

如:函數Strcpy()的代碼覆蓋率為0,說明此函數沒有被執行過,對于編程者來說就要考慮這個函數是否有存在的必要。對于覆蓋率很低的函數,需要考慮是否需要將此函數并入其他函數之中。

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,某一地址范圍內的數據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據區的使用率信息。(見圖9)

圖9:測試指定地址范圍內的數據覆蓋率。

在嵌入式開發中進行程序優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化變得簡單,讓程序員能更有效地配置系統資源。

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者帶來的不只是開發效率的提高,也能夠幫助開發者提高代碼質量,使企業產品能夠更加穩定可靠地運行。

作者:張國躍

技術工程師

上海橫河國際貿易有限公司