Кому в микроконтроллере жить хорошо?

В каком году — рассчитывай, в какой земле — угадывай, задачился вопросами. Насколько ARM быстрее AVR? Какая разновидность протокола Modbus более «быстрая»? ASCII или RTU?

Под «быстротой», в данном случае, будем понимать количество машинных циклов процессора необходимых для исполнения всех действий протокола.
Исследование быстродействия будем проводить на, широко известной в узких кругах, библиотеке ModBus Slave RTU/ASCII ^[1], портированной на микроконтроллеры ATMega48 и STM32L052. Вывод информации будем осуществлять по протоколу Modbus в эмулятор панели Weintek. Тестирование будем производить на демонстрационном примере ^[2]. Помимо результатов теста на панель выводятся состояния регистров Modbus: дискретных входов, дискретных выходов, регистров для чтения и регистров для чтения/записи. Также средствами панели производится подсчет количества ошибок обмена данными с микроконтроллером. Внешний вид тестового окна приведен на рисунке.

Оценку быстродействия будем проводить измеряя время выполнения функции обработки сообщений протокола. Измерение времени выполнения будем проводить рабоче-крестьянским способом. Перед запуском функции обнуляем аппаратный таймер, частота счета которого равна тактовой частоте микроконтроллера, после выполнения функции считываем значения таймера и проводим обработку результатов измерений. Вычисляем минимальное, максимальное и среднее значение времени выполнения функции обработки сообщений протокола Modbus.

while(1)
    {
    TIM6->CNT=0;
    ModBusRTU();
    //ModBusASCII();
    tcurent=TIM6->CNT;
    if(tcurent<tmin)tmin=tcurent;
    if(tcurent>tmax)tmax=tcurent;
    avg32=avg32-(avg32>>16)+tcurent;
    tavg=avg32>>alfa;
    ...

Результаты исследований, сведены в таблицу. Исследование проводились при различных опциях библиотеки:

• ModBusUseTableCRC — Использовать расчет CRC по таблице;
• ModBusUseErrMes — Использовать сообщения о логических ошибках протокола;

А также при различных стратегиях оптимизации компилятора.
Библиотека ModBus Slave RTU/ASCII поддерживает, в некоторых случаях, важную функцию — пауза между получением запроса от Modbus Master и ответом Modbus Slave. Исследование проводились при значениях паузы 2 милисекунды и 0 (то есть без паузы), эти значения указаны в графе таблицы «Пауза П/П». В графе «Размер» указан размер модуля, который включает в себя обе функции обработки сообщений Modbus (ModBusRTU(), ModBusASCII()).

На взгляд автора наиболее целесообразно оценивать быстродействие по наихудшему случаю, то есть, по максимальному времени выполнения функции.

Глубоко задумавшись над результатами исследований, можно сделать следующие выводы:

1. AVR не такой уж медленный!!! В среднем он в полтора раза медленнее ARM при той же тактовой частоте. А в случае оптимизации по размеру (например варианты 13 и 15) практически приближается к ARM.
2. Протокол ASCII, по сравнению c RTU, не только более медленный по скорости передачи, но и занимает гораздо больше ресурсов микроконтроллера.
3. Использование сообщений о логических ошибках протокола, никак не влияет на быстродействие.
4. Табличный метод вычисления CRC позволяет более чем в полтора раза снизить использование вычислительных ресурсов микроконтроллера.
5. Использование паузы между приемом запроса и передачей ответа, позволяет не только избежать конфликтов на шине RS-485, но и уменьшить блокирующие действие функции обработки сообщений протокола Modbus.

Какие выводы еще можно сделать?

Автор: IBAH_II

Источник ^[3]