S/W 런타임 측정
1. 소개
1.1. Software Run Time 측정
개발된 SW 모듈의 성능을 판단하는 중요한 요소 중 하나는 SW의 실행 시간이다.
특히 안전과 관련된 기능(SW 모듈)들은 Worst Case시에도 문제 없이 SW기능이 동작되도록 설계 및 구현되어야 하기 때문에, 일반적으로 Run time을 필수로 측정하고 있다
Run Time을 측정하기 위해 가장 많이 사용되는 방법 중 하나가 측정하고자 하는 SW의 Entry와 Exit 부분에 특정 Trigger를 발생시키는 코드를 삽입 한 후 이를 실행하여 측정하는 방법이다.
만약 HW GPIO를 Trigger 신호로 이용한다면, 오실로스코프와 같은 장비로 타이밍을 측정할 수 있다.
혹은 CPU 내부 Timer 레지스터를 이용한다면 특정 변수에 Run Time 값을 저장하게 한 후 변수 값을 관찰하여 타이밍 정보를 측정할 수 있다.
하지만 이러한 방법들은 타이밍 측정을 위한 코드가 삽입되기 때문에 발생되는 단점들이 있다.
첫 번째로, 정확한 타이밍 측정이 어렵다.
장시간 측정하는 경우, 코드 삽입에 대한 타이밍 오차율이 거의 없지만 아주 짧은 코드에 대한 수행 시간을 측정하는 경우, 탐침 코드로 인해 발생되는 측정 오차가 클 수 있다.
두 번째로, 다양한 측정 Point를 설정하기 어렵고 불편하다.
예를 들어, GPIO를 사용하여 타이밍을 측정하는 경우, 사용할 수 있는 핀 개수가 제한적이기 때문에 다양한 측정 point를 동시에 측정하기 어렵다.
또한 이를 변경하려면 매번 ‘소스 코드 수정->컴파일->타겟 업로드->재연’ 과정을 거쳐야 한다.
세 번째로, 타이밍 오류가 발생되는 경우에 대한 디버깅이 어렵다.
타이밍 위반 사항을 발견했다고 하더라도 어떠한 경우(test case)에 문제가 발생되는지 디버깅 하는 것은 또 다른 문제다.
타이밍 측정과 디버깅에 필요한 정보를 추가로 저장하도록 코드를 수정한다면 이 또한 추가적인 CPU로드가 사용되므로, 정확한 타이밍 정보를 측정하는 것이 어렵게 된다.
1.2. TRACE32를 활용한 SW Runtime 측정 방식
TRACE32는 기본적으로 SW 디버깅 목적으로 많이 사용되지만 SW 타이밍 측정도 TRACE32 기능들을 조합하여 구현이 가능하다.
<그림 1> 10ms TASK의 주기 8회 측정 결과
<그림 1> 은 10ms 마다 동작되는 TASK(function)의 실행 주기를 측정한 결과이다. 일관성 있고 정확한 측정 결과가 나오는 것을 볼 수 있다.
<그림 2> TRACE32를 활용한 Run Time 측정 방식
TRACE32 SW Run Time측정 기능의 동작 방식은 타이밍을 측정하고자 하는 곳에 trigger를 발생 시키도록 한다는 점에서 기존에 사용하던 GPIO 신호 측정 방식이나, 탐침 코드를 이용한 측정 방식과 비슷하다.
다른 점은 <그림 2>와 같이 실제로 측정을 원하는 시점에 break point를 활용하여 코어와 타이머 레지스터를 동시에 정지시킨 후 타이밍 정보를 측정하는 것이다.
따라서 TRACE32를 이용하면 위에서 언급한 방식으로 SW Run Time 측정 시 발생되는 단점 및 불편한 사항들을 개선할 수 있다.
1. 정확성: 코어와 타이머 레지스터도 같이 정지 되기 때문에 정확한 Run time을 측정 가능
2. 편리성: HW pin연결, 코드 수정이 필요 없기 때문에(Break Point 활용) 원하는 SW Run time 정보를 바로 측정 가능
3. 디버깅: 만약 기준 Run Time을 초과하는 경우가 발생되면, 디버거는 바로 측정을 멈추고 현재 상황(Test Case)을 디버깅 가능
2. 기능 사용 하기
2.1. GUI 소개
<타이머 설정>
Timer Register Address : 타이밍 측정에 사용할 내부 타이머 레지스터 주소
Timer 1 Tick Time : Timer 1 tick 당 시간 정보
MAX Timer Value : 16bit or 32bit 선택, Max Timer 값 지정
Timer Count Type : 타이머 카운트 Direction 지정
<측정 방식 및 위치 설정>
Run to Next Point : 현재 PC값부터 End point까지 실행 시간 측정
Cycle Run Time : Start Point에 설정된 함수의 실행 주기 측정
Interval Run Time : Start to End Point까지 실행 시간 측정
Break Point : 현재 PC값부터 설정된 Break Point까지 실행 시간 측정
Run Time Check List : 측정하고자 하는 아이템 리스트
<ETC>
Set Test Count : 지정 된 횟수만큼 반복적으로 측정
Save Result to file : 측정 결과를 지정된 파일로 저장
Check Timer 버튼 : 설정된 타이머가 디버그 모드로 설정 되었는지 확인
Start Measure 버튼 : 타이머 설정이 올바르게 되었다면 버튼 활성화 됨
Run Time Check List에 추가된 항목들의 SW Runtime 측정
Clear Result 버튼 : 출력 창 메시지 clear
타이머 정보나, 타이머 설정을 자동으로 하고자 한다면 아래 파일에 필요한 정보를 입력한다.
set_debug_mode.cmm : 내부 타이머를 debug 모드로 설정 하는 TRACE32 명령어로 사용하는 타이머에 따라서 주소와 write 값이 달라질 수 있다.
timer_info.txt : 타이머 레지스터의 주소나, 설정된 상태 정보를 입력
2.2. TRACE32 Run Time 측정 기능 사용 예제
2.2.1. 부팅 시간 측정
- 현재 PC가 reset vector에 있고, StartUpHook함수가 호출 될 때까지의 Run Time을 측정해본다.
- 타이밍 측정을 하기 전 타이머 레지스터 설정을 마치고 check timer를 실행해 준다.
- Run to Next Point기능을 이용하여 측정
- Start measure를 실행하여 Run Time 측정
2.2.2 주기적으로 수행되는 TASK의 실행 주기 측정
- 10ms 마다 실행되는 TASK와 100ms 마다 실행되는 TASK의 주기를 측정해본다. (측정 횟수는 각 10회씩 진행)
- 마찬가지로 측정을 하기 전에 Check Timer를 통해 타이머 설정이 잘 되었는지 확인 필요
- RunTime Check List에 해당 TASK를 설정 후 추가해준다.
- 타이밍 측정을 시작하는 PC의 위치는 관계없다.
- 측정결과 10ms TASK 10번 수행 후 100ms TASK 10번 수행한 것을 확인할 수 있으며, 측정 후 마지막에 측정한 TASK의 시작 지점에서 Halt 되었음을 확인할 수 있다.
2.2.3. 특정 구간에 대한 Run Time 측정
- OsTask_ASW_FG1_10ms의 시작 위치부터 종료 위치까지 Run Time을 측정해본다.
- Interval Run Time 측정 기능 이용
- Start Point(TASK 함수 시작)와 End Point설정이 정확한지 확인한다.
- 측정을 시작하는 위치(PC)는 무방
- 반복해서 여러 번 측정하고자 한다면 마찬가지로 ‘측정 횟수’ 설정 이용
2.2.4. Break Point까지의 Run Time 측정
- 현재 PC부터 Break Point까지의 Run Time을 측정해본다.
- 원하는 위치에 Break Point를 셋팅 후 측정을 시작한다.
- 측정 결과 설정한 Break Point에 Break가 걸렸으며, 측정결과를 확인할 수 있다.
3. 유의 사항
3.1 타이머 레지스터 디버그 모드 설정
정확한 타이밍을 측정하기 위해서는 타겟 코어 제어(run/stop)시에 동기화 되어 Timer 레지스터도 제어(run/stop)가 되어야 한다.
이를 가능하게 하는 것이 타이머 레지스터를 디버그 모드로 설정하는 것이다.
디버그 모드로 Timer를 설정하기 위해서는 TRACE32를 활용하거나 startup코드를 활용하는 방법이 있다.
만약 TRACE32에서 타이머를 디버그 모드로 설정 했으나 중간에 내부 SW가 실행되면서 다시 정상 모드로 타이머를 초기화 하면 안된다.
아래는 AURIX TC277T MCU의 타이머 레지스터 및 디버그 모드 설정의 예이다. SUS field에 Suspended로 설정하면 코어의 동작에 따라 같이 동기화 되어 run/stop된다.
부팅 시간을 측정하는 경우에는 reset vector부터 startos까지 실행되는 동안 초기화 되지 않는 Timer를 사용해야 한다.
3.2 Timer를 이용한 최대 측정 시간
만약 측정하고자 하는 코드가 타이머 레지스터의 1cycle 시간내에 실행되지 않는다면 overflow가 발생 되고 정확한 시간을 측정 할 수 없다.
예를 들어 타이머 레지스터 1cycle이 1ms 라면 이 타이머로는 1ms 이상으로 동작되는 SW run time을 측정 하면 안 된다.
따라서 설정된 타이머의 최대 측정 가능 시간을 확인하고 그 이하의 시간을 측정 해야 한다.
아래 설정을 예로 들자면 약687(160ns * 0xFFFFFFFF)초 이내로 실행되는 SW를 측정 할 수 있다.
3.3. Run Time 중 Timer설정 변경
타겟 SW가 동작 하면서 타이밍 측정에 사용되는 타이머의 설정이나 값을 변경하면 정확한 타이밍 측정이 어렵다. 이런 경우에는 다른 타이머를 run time측정에 활용하는 것을 권장한다.
4. TRACE32 Run Time 측정 기능 응용
TRACE32의 장점은 강력한 스크립트 기능을 이용하여 반복되는 상황이나, 특정 시나리오 상황에서 원하는 동작을 자동으로 수행하도록 구현 가능하다는 점이다.
이 스크립트 자동화 기능과 Run time측정 기능을 함께 사용하면 예를 들어 아래와 같은 기능도 구현할 수 있다.
Run Time측정 기능 응용 예)
1) 디버깅: 타이밍 조건을 설정하여 조건에 fail되는 경우 테스트를 중지하고 현재 타겟 상태를 확인하여 디버깅 할 수 있다.
2) 타이밍 측정 결과 저장: SW타이밍 측정 후, 이를 TRACE32 file I/O기능을 이용하여 측정 결과를 파일로 저장할 수 있다.
3) 타이밍 측정 자동화: 다양한 point의 SW 타이밍 측정이 필요하다면 시나리오를 만들고 이를 TRACE32 스크립트로 구현하여 자동화 할 수 있다.
4) SW 유닛 테스트에 활용: TRACE32 기능 중 가장 많이 사용 되는 것 중 하나가 원하는 시점에 변수에 값을 read/write하는 기능일 것이다.
이 기능과 SW Run Time 측정을 같이 사용한다면 특정 조건(변수 값)일 때 SW Run Time측정하는 것이 가능하다.
5) Data Access Timing 측정: Program Break Point를 이용하면 SW 타이밍을 측정 가능하고, 마찬가지로 Data Break Point를 이용하면 Data가 read/write되는 타이밍을 측정할 수 있다.
