マイクロコントローラーの消費電力プロファイリング（EFM32シリーズ、SiLabs）

背景

2年前、Silicon Labsは別の小規模企業を買収しました。今回はノルウェーの低電力ARMコントローラEnergyMicroのメーカーからです。 それ以来、SiLabsはケースに面白いトカゲを付けて、EFM32シリーズのマイクロコントローラーを積極的に開発し、推進しています。

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最新のマイクロコントローラのレビューを読まなければならなかったなら、あなたは同意するでしょう-とりわけ、それは間違いなく高性能の記録と低消費電力の記録について教えてくれるでしょう。 これはMKメーカーのクラブでは良い形のルールに過ぎないようですが、マーケターのテンプレートフレーズが意味をなすことは起こります。



ドキュメントによると、EFM32のエネルギー消費は非常に低いため、Silicon Labsのマイクロコントローラーのエネルギー消費をプロファイルするユーティリティを使用して、実際にこれを確認できます。







猫の下で、ユーティリティのレビューとその使用に関する実用的なヒント。



ハードウェア ：EFM32WG-STK3800デバッグボード。

EFM32マイクロコントローラーは、ARM Cortex-M0 +、Cortex-M3、およびCortex-M4コアに基づいており、周辺機器のセットと内部メモリの量が異なります。 マイクロコントローラーのシリーズごとに個別のデバッグボードがありますが、すべてのボードは非常に類似しており、42米ドルの価格で販売されています。 EFM32 Wonder Geckoコントローラー用のキットがあります。



ソフトウェア部分 ：Simplicity Studioプロジェクトの開発およびデバッグ用のプラットフォーム。

これは、Silicon Labsマイクロコントローラー用の開発ツールのアグリゲーターのようなものです（ところで、EFM32だけでなく、古き良きC8051Fxxx、Zigbeeモジュールなど）。 IDE（gnu ARM eclipse）、ドキュメント、および人気の高いEnergy Profilerを含む多数のさまざまな補助ユーティリティがあります。 Simplicity Studio（Windows、MAC、Ubuntu）の本格的なディストリビューションは、 silabs.comから無料でダウンロードできます。



インストール直後のSimplicity Studioのメインメニュー：







デバッグボードを接続する前に、使用できるツールはほとんどありませんが、見て回ることができます：左側にはマイクロコントローラー（もちろんSiLabのみ）のパラメーター検索があり、右上隅にはSimplicity Studioに含まれるコンポーネントの構成を担当する3つのアイコンがあります。 一般に、プログラム自体は新しいユーティリティのリリースとそのコンポーネントの更新を監視しますが、手動で構成できます。



ボードの操作を開始するには、USBを介してコンピューターに接続し、ボードの電源としてデバッグUSBを選択します（バッテリーおよびターゲットマイクロコントローラーのUSBからの電力も利用可能です）。







接続後、ボードはコンピューターによって決定され、対応する一連のコントローラー（EFM32WGxxx）用のすべてのコンポーネントが使用可能になります。







Simplicity Studioには多くの人がいるので、知人はデモから始めるのが最も簡単です。







EFM32WG-STK3800の例の1つ（LCDディスプレイを操作するための簡単なプログラム）を選択し、デフォルト設定で実行します。







マイクロコントローラでプログラムを起動すると同時に、水晶のエネルギー測定が開始されます。 リアルタイムで、エネルギー対時間のグラフがプロットされます。これはおそらくプロファイラーの最も明らかな部分です。



まず、グラフは、プログラムの実行中の消費の変化のダイナミクスを示しています。 第二に、グラフ上の選択されたポイントと選択された時間間隔について、測定された指標の正確な値と平均値が利用可能です。





*スクリーンショットは、利用可能なすべてのプロファイラー機能が有効になる瞬間を修正します。 あなたが最初に写真を始めたとき、写真はそれほどカラフルに見えません



グラフのプロットは停止および再開でき、グラフには時間スケールに沿ったスケーリング機能があり、垂直軸に沿って線形および対数スケールの両方を設定できます。 対数目盛は低電流には便利なツールですが、グラフを単純に垂直に拡大縮小するだけでは不十分な場合があります。



いくつかの他の便利な機能も利用できます：割り込みハンドラーの入力（多色の垂直矢印）とグラフ上の電圧レベルの表示、測定結果のExcelへのエクスポートなど。



しかし、最もおいしいのは、チャートと実行可能コードの相関関係です。 プロセッサコアがトレースをサポートしている場合（Cortex-M3およびM4が適切です）、コード行はEnergy Profilerチャートの任意のポイントをマップします-チャートをクリックすると、右側のリストの行が強調表示されます。 「食いしん坊」的な機能と手順を決定するために、個々のプログラム機能の動作の統計も使用されます。グラフの下で、それらの間で消費されるエネルギーの分布を確認できます。 各関数には特定の色を割り当てることができ、グラフのどこで開始および終了するかが明確になります。



要するに、このすべての美しさは次のように実装されています 。

測定モジュールは、デバッグボード上のマイクロコントローラーの電源回路に組み込まれています。 それを介して、電流値と電圧値、および測定モジュールに組み込まれたタイマーからの値がコンピューターに送信されます。 命令カウンター（行SWO）の値と一緒に、データはプロファイラーによって処理および解釈されます。



測定開始からの電流、電圧、および時間により、エネルギー消費量と時間のグラフを作成できます。コマンドカウンターの値を使用すると、各ポイントをソースコードの行番号とファイル名に関連付けることができます。



Energy Profilerは、プロジェクトがデバッグモードでコンパイルされ、libelfおよびlibdwarfライブラリがコードの必要な行を決定するときに作成されるDWARF（任意レコード形式でデバッグ）形式のデバッグデータを含む.axfオブジェクトファイルを使用します。

独自のプロジェクトのプロファイリングについて

Simplicity Studioに組み込まれたデモは上記でレビューされました。 Energy Profilerを使用する場合、落とし穴もほとんどありません。



したがって、独自のプロジェクトのプロファイルを作成するには、Simplicity IDEウィンドウで次の操作を行う必要があります。

1. SWOTraceSetup（）トレース構成関数をプロジェクトに追加し、コントローラーの初期化時に呼び出します。
2. コンパイル後、新しいプロファイラー構成を作成します。
   
   
   • Run-> ProfilingConfigurations ...メニュー
   • ARMのSimplicity Energy Profilerをクリックします->新規
   • 実行可能フィールドに* .afxファイルを指定します
   • [プロファイラー]タブの[コード相関を有効にする]チェックボックスをオンにします

その後、ワンクリックでプロファイリングを開始できます（プロジェクトの事前のアセンブリとコンパイル、およびマイクロコントローラーのファームウェアを使用）。







ユーティリティはソースコードファイルへの絶対パスを使用するため、各プロファイリングの前にプロジェクトをコンパイルして、害を避けることをお勧めします。



トレースのセットアップについて言えば、補助AUXHFRCO RCジェネレーターが使用されることを覚えておく必要があります。 理論的には、トレース設定機能の実行時に設定および起動されますが、この補助ジェネレーターがオフになる「ディープスリープ」モードをマイクロコントローラーが頻繁に使用すると想定される場合、異なるグリッチが発生する可能性があります。 EM2以下の動作モードを使用する場合は、AUXHFRCOの電力を手動で設定するのが理にかなっています。

 EMU -> CTRL |= _EMU_CTRL_EMVREG_FULL;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

SWOラインを介してコマンドカウンターの値を送信する補助ジェネレーターは、消費電力を約400μA増加させ、測定チャネルにわずかなノイズを発生させます。 プログラムの最適化が完了し、正確な測定結果を取得したい場合は、測定値と実行可能コードの相関を無効にする必要があります（カーネルトレースの読み取り）。 SWOTraceSetup（）関数の呼び出しを削除します。



元のターゲットボードのプロファイリングも実行できます。この場合、SiLabsブランドボードは、ターゲットボードとコンピューター間の測定モジュールとして機能します。 このために必要なもの：

• スターターキットのVMCUラインからターゲットボードに電力を供給し、ターゲットマイクロコントローラーとブランドボードのSWOピンを接続します。
• ボードの動作モードを変更する-ボード上にあるマイクロコントローラーのデバッグモードから外部デバッガーモードで動作するようにします。 セットアップは、Simplicity Studioの一部である別のユーティリティ-キットマネージャーで実行されます。
  
  
  
  
  キットマネージャー