連載
FPGAソフトコアCPUにおける最適化を検証する：MAX 10 FPGAで学ぶFPGA開発入門（14）（3/7 ページ）
MAX10搭載開発ボード「MAX 10 NEEK」でソフトコアCPU「NIOS II」を利用する際、最適化しないことを推奨されるが、設定自体は施せる。では最適化すると速くなるのか？有償版も含めて検証する。
さて、次はソフトウェアの方である。まずEclipseを立ち上げ、従来と同様に“Nios II Application and BSP from Template”を選んで、アプリケーションを生成する。テンプレートは"Hello, World"、プロジェクト名は「NEEK_Dhry」とした。
このプロジェクトのソースはこちら（List 2）である。やっていることは、Dhrystoneを内部で実行すると共に、1ms間隔でTimerを動かし、これで時間測定とついでにキー制御を行うというものだ。Dhrystoneは以前ご紹介した通り、今でも簡単にソースコードが入手できる。
今回は簡単化のため、dhry.hのみ別ファイルとし、dhry_1.cとdhry_2.cの中身を全部まとめてしまった。
List 2:
#include "system.h"
#include "altera_avalon_pio_regs.h"
#include "sys/alt_alarm.h"
#include "alt_types.h"
#include "dhry.h"
// Definitions for NEEK_DhryBench
long Ticks, startTick, finishTick;
long HEXtable[11] = {0x40, // 0:1000000
0x79, // 1:1111001
0x24, // 2:0100100
0x30, // 3:0110000
0x19, // 4:0011001
0x12, // 5:0010010
0x02, // 6:0000010
0x78, // 7:1111000
0x00, // 8:0000000
0x10, // 9:0010000
0x3ff // Blank:0000000
};
alt_u8 KeyFlag; // 0:Stop 1:Start
#define KEY_START 0x01
#define KEY_STOP 0x02
// Definitions for Dhrystone
Rec_Pointer Ptr_Glob,
Next_Ptr_Glob;
int Int_Glob;
Boolean Bool_Glob;
char Ch_1_Glob,
Ch_2_Glob;
int Arr_1_Glob [50];
int Arr_2_Glob [50] [50];
Enumeration Func_1 ();
/* forward declaration necessary since Enumeration may not simply be int */
#ifndef REG
Boolean Reg = false;
#define REG
/* REG becomes defined as empty */
/* i.e. no register variables */
#else
Boolean Reg = true;
#endif
#define NUMBER_OF_RUNS 10000
void LEDR_out(int num)
{
if((num < -1)||(num > 9)) return;
if( num == -1 )
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LEDR_BASE, 0);
}
else
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LEDR_BASE, 1 << num);
}
}
void HEX_out(int num)
{
if((num < -1)||(num > 99)) return;
if(num == -1)
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(HEX1_BASE, HEXtable[10]);
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(HEX0_BASE, HEXtable[10]);
}
else
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(HEX1_BASE, HEXtable[(num/10)]);
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(HEX0_BASE, HEXtable[(num%10)]);
}
}
alt_u32 Alarm_Int(void* context)
{
alt_u8 KeyStatus;
Ticks++;
// Examine Key Status
KeyStatus = IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(KEY_BASE);
if(( KeyStatus & KEY_START ) == 0 )
{
KeyFlag = 1;
}
else if (( KeyStatus & KEY_STOP ) == 0 )
{
KeyFlag = 0;
}
return 1;
}
void dhry()
{
One_Fifty Int_1_Loc;
REG One_Fifty Int_2_Loc;
One_Fifty Int_3_Loc;
REG char Ch_Index;
Enumeration Enum_Loc;
Str_30 Str_1_Loc;
Str_30 Str_2_Loc;
REG int Run_Index;
REG int Number_Of_Runs;
/* Initializations */
Next_Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));
Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));
Ptr_Glob->Ptr_Comp = Next_Ptr_Glob;
Ptr_Glob->Discr = Ident_1;
Ptr_Glob->variant.var_1.Enum_Comp = Ident_3;
Ptr_Glob->variant.var_1.Int_Comp = 40;
strcpy (Ptr_Glob->variant.var_1.Str_Comp,
"DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING");
strcpy (Str_1_Loc, "DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING");
Arr_2_Glob [8][7] = 10;
/* Was missing in published program. Without this statement, */
/* Arr_2_Glob [8][7] would have an undefined value. */
/* Warning: With 16-Bit processors and Number_Of_Runs > 32000, */
/* overflow may occur for this array element. */
Number_Of_Runs = NUMBER_OF_RUNS;
/***************/
/* Start timer */
/***************/
startTick = Ticks;
for (Run_Index = 1; Run_Index <= Number_Of_Runs; ++Run_Index)
{
Proc_5();
Proc_4();
/* Ch_1_Glob == 'A', Ch_2_Glob == 'B', Bool_Glob == true */
Int_1_Loc = 2;
Int_2_Loc = 3;
strcpy (Str_2_Loc, "DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING");
Enum_Loc = Ident_2;
Bool_Glob = ! Func_2 (Str_1_Loc, Str_2_Loc);
/* Bool_Glob == 1 */
while (Int_1_Loc < Int_2_Loc) /* loop body executed once */
{
Int_3_Loc = 5 * Int_1_Loc - Int_2_Loc;
/* Int_3_Loc == 7 */
Proc_7 (Int_1_Loc, Int_2_Loc, &Int_3_Loc);
/* Int_3_Loc == 7 */
Int_1_Loc += 1;
} /* while */
/* Int_1_Loc == 3, Int_2_Loc == 3, Int_3_Loc == 7 */
Proc_8 (Arr_1_Glob, Arr_2_Glob, Int_1_Loc, Int_3_Loc);
/* Int_Glob == 5 */
Proc_1 (Ptr_Glob);
for (Ch_Index = 'A'; Ch_Index <= Ch_2_Glob; ++Ch_Index)
/* loop body executed twice */
{
if (Enum_Loc == Func_1 (Ch_Index, 'C'))
/* then, not executed */
{
Proc_6 (Ident_1, &Enum_Loc);
strcpy (Str_2_Loc, "DHRYSTONE PROGRAM, 3'RD STRING");
Int_2_Loc = Run_Index;
Int_Glob = Run_Index;
}
}
/* Int_1_Loc == 3, Int_2_Loc == 3, Int_3_Loc == 7 */
Int_2_Loc = Int_2_Loc * Int_1_Loc;
Int_1_Loc = Int_2_Loc / Int_3_Loc;
Int_2_Loc = 7 * (Int_2_Loc - Int_3_Loc) - Int_1_Loc;
/* Int_1_Loc == 1, Int_2_Loc == 13, Int_3_Loc == 7 */
Proc_2 (&Int_1_Loc);
/* Int_1_Loc == 5 */
} /* loop "for Run_Index" */
/**************/
/* Stop timer */
/**************/
finishTick = Ticks;
}
Proc_1 (Ptr_Val_Par)
/******************/
REG Rec_Pointer Ptr_Val_Par;
/* executed once */
{
REG Rec_Pointer Next_Record = Ptr_Val_Par->Ptr_Comp;
/* == Ptr_Glob_Next */
/* Local variable, initialized with Ptr_Val_Par->Ptr_Comp, */
/* corresponds to "rename" in Ada, "with" in Pascal */
structassign (*Ptr_Val_Par->Ptr_Comp, *Ptr_Glob);
Ptr_Val_Par->variant.var_1.Int_Comp = 5;
Next_Record->variant.var_1.Int_Comp
= Ptr_Val_Par->variant.var_1.Int_Comp;
Next_Record->Ptr_Comp = Ptr_Val_Par->Ptr_Comp;
Proc_3 (&Next_Record->Ptr_Comp);
/* Ptr_Val_Par->Ptr_Comp->Ptr_Comp
== Ptr_Glob->Ptr_Comp */
if (Next_Record->Discr == Ident_1)
/* then, executed */
{
Next_Record->variant.var_1.Int_Comp = 6;
Proc_6 (Ptr_Val_Par->variant.var_1.Enum_Comp,
&Next_Record->variant.var_1.Enum_Comp);
Next_Record->Ptr_Comp = Ptr_Glob->Ptr_Comp;
Proc_7 (Next_Record->variant.var_1.Int_Comp, 10,
&Next_Record->variant.var_1.Int_Comp);
}
else /* not executed */
structassign (*Ptr_Val_Par, *Ptr_Val_Par->Ptr_Comp);
} /* Proc_1 */
Proc_2 (Int_Par_Ref)
/******************/
/* executed once */
/* *Int_Par_Ref == 1, becomes 4 */
One_Fifty *Int_Par_Ref;
{
One_Fifty Int_Loc;
Enumeration Enum_Loc;
Int_Loc = *Int_Par_Ref + 10;
do /* executed once */
if (Ch_1_Glob == 'A')
/* then, executed */
{
Int_Loc -= 1;
*Int_Par_Ref = Int_Loc - Int_Glob;
Enum_Loc = Ident_1;
} /* if */
while (Enum_Loc != Ident_1); /* true */
} /* Proc_2 */
Proc_3 (Ptr_Ref_Par)
/******************/
/* executed once */
/* Ptr_Ref_Par becomes Ptr_Glob */
Rec_Pointer *Ptr_Ref_Par;
{
if (Ptr_Glob != Null)
/* then, executed */
*Ptr_Ref_Par = Ptr_Glob->Ptr_Comp;
Proc_7 (10, Int_Glob, &Ptr_Glob->variant.var_1.Int_Comp);
} /* Proc_3 */
Proc_4 () /* without parameters */
/*******/
/* executed once */
{
Boolean Bool_Loc;
Bool_Loc = Ch_1_Glob == 'A';
Bool_Glob = Bool_Loc | Bool_Glob;
Ch_2_Glob = 'B';
} /* Proc_4 */
Proc_5 () /* without parameters */
/*******/
/* executed once */
{
Ch_1_Glob = 'A';
Bool_Glob = false;
} /* Proc_5 */
/* Procedure for the assignment of structures, */
/* if the C compiler doesn't support this feature */
#ifdef NOSTRUCTASSIGN
memcpy (d, s, l)
register char *d;
register char *s;
register int l;
{
while (l--) *d++ = *s++;
}
#endif
Proc_6 (Enum_Val_Par, Enum_Ref_Par)
/*********************************/
/* executed once */
/* Enum_Val_Par == Ident_3, Enum_Ref_Par becomes Ident_2 */
Enumeration Enum_Val_Par;
Enumeration *Enum_Ref_Par;
{
*Enum_Ref_Par = Enum_Val_Par;
if (! Func_3 (Enum_Val_Par))
/* then, not executed */
*Enum_Ref_Par = Ident_4;
switch (Enum_Val_Par)
{
case Ident_1:
*Enum_Ref_Par = Ident_1;
break;
case Ident_2:
if (Int_Glob > 100)
/* then */
*Enum_Ref_Par = Ident_1;
else *Enum_Ref_Par = Ident_4;
break;
case Ident_3: /* executed */
*Enum_Ref_Par = Ident_2;
break;
case Ident_4: break;
case Ident_5:
*Enum_Ref_Par = Ident_3;
break;
} /* switch */
} /* Proc_6 */
Proc_7 (Int_1_Par_Val, Int_2_Par_Val, Int_Par_Ref)
/**********************************************/
/* executed three times */
/* first call: Int_1_Par_Val == 2, Int_2_Par_Val == 3, */
/* Int_Par_Ref becomes 7 */
/* second call: Int_1_Par_Val == 10, Int_2_Par_Val == 5, */
/* Int_Par_Ref becomes 17 */
/* third call: Int_1_Par_Val == 6, Int_2_Par_Val == 10, */
/* Int_Par_Ref becomes 18 */
One_Fifty Int_1_Par_Val;
One_Fifty Int_2_Par_Val;
One_Fifty *Int_Par_Ref;
{
One_Fifty Int_Loc;
Int_Loc = Int_1_Par_Val + 2;
*Int_Par_Ref = Int_2_Par_Val + Int_Loc;
} /* Proc_7 */
Proc_8 (Arr_1_Par_Ref, Arr_2_Par_Ref, Int_1_Par_Val, Int_2_Par_Val)
/*********************************************************************/
/* executed once */
/* Int_Par_Val_1 == 3 */
/* Int_Par_Val_2 == 7 */
Arr_1_Dim Arr_1_Par_Ref;
Arr_2_Dim Arr_2_Par_Ref;
int Int_1_Par_Val;
int Int_2_Par_Val;
{
REG One_Fifty Int_Index;
REG One_Fifty Int_Loc;
Int_Loc = Int_1_Par_Val + 5;
Arr_1_Par_Ref [Int_Loc] = Int_2_Par_Val;
Arr_1_Par_Ref [Int_Loc+1] = Arr_1_Par_Ref [Int_Loc];
Arr_1_Par_Ref [Int_Loc+30] = Int_Loc;
for (Int_Index = Int_Loc; Int_Index <= Int_Loc+1; ++Int_Index)
Arr_2_Par_Ref [Int_Loc] [Int_Index] = Int_Loc;
Arr_2_Par_Ref [Int_Loc] [Int_Loc-1] += 1;
Arr_2_Par_Ref [Int_Loc+20] [Int_Loc] = Arr_1_Par_Ref [Int_Loc];
Int_Glob = 5;
} /* Proc_8 */
Enumeration Func_1 (Ch_1_Par_Val, Ch_2_Par_Val)
/*************************************************/
/* executed three times */
/* first call: Ch_1_Par_Val == 'H', Ch_2_Par_Val == 'R' */
/* second call: Ch_1_Par_Val == 'A', Ch_2_Par_Val == 'C' */
/* third call: Ch_1_Par_Val == 'B', Ch_2_Par_Val == 'C' */
Capital_Letter Ch_1_Par_Val;
Capital_Letter Ch_2_Par_Val;
{
Capital_Letter Ch_1_Loc;
Capital_Letter Ch_2_Loc;
Ch_1_Loc = Ch_1_Par_Val;
Ch_2_Loc = Ch_1_Loc;
if (Ch_2_Loc != Ch_2_Par_Val)
/* then, executed */
return (Ident_1);
else /* not executed */
{
Ch_1_Glob = Ch_1_Loc;
return (Ident_2);
}
} /* Func_1 */
Boolean Func_2 (Str_1_Par_Ref, Str_2_Par_Ref)
/*************************************************/
/* executed once */
/* Str_1_Par_Ref == "DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING" */
/* Str_2_Par_Ref == "DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING" */
Str_30 Str_1_Par_Ref;
Str_30 Str_2_Par_Ref;
{
REG One_Thirty Int_Loc;
Capital_Letter Ch_Loc;
Int_Loc = 2;
while (Int_Loc <= 2) /* loop body executed once */
if (Func_1 (Str_1_Par_Ref[Int_Loc],
Str_2_Par_Ref[Int_Loc+1]) == Ident_1)
/* then, executed */
{
Ch_Loc = 'A';
Int_Loc += 1;
} /* if, while */
if (Ch_Loc >= 'W' && Ch_Loc < 'Z')
/* then, not executed */
Int_Loc = 7;
if (Ch_Loc == 'R')
/* then, not executed */
return (true);
else /* executed */
{
if (strcmp (Str_1_Par_Ref, Str_2_Par_Ref) > 0)
/* then, not executed */
{
Int_Loc += 7;
Int_Glob = Int_Loc;
return (true);
}
else /* executed */
return (false);
} /* if Ch_Loc */
} /* Func_2 */
Boolean Func_3 (Enum_Par_Val)
/***************************/
/* executed once */
/* Enum_Par_Val == Ident_3 */
Enumeration Enum_Par_Val;
{
Enumeration Enum_Loc;
Enum_Loc = Enum_Par_Val;
if (Enum_Loc == Ident_3)
/* then, executed */
return (true);
else /* not executed */
return (false);
} /* Func_3 */
int main()
{
static alt_alarm Alarm;
alt_u8 FLAG; // 0:Stop 1:Running
// Initialize Display
LEDR_out(-1);
HEX_out(-1);
// Initialize Key Status
KeyFlag = 0;
FLAG = 0;
// Initialize Timer
alt_alarm_start(&Alarm, 1, Alarm_Int, NULL);
printf( "Start Program\n");
while(1)
{
// Key status check
switch( KeyFlag )
{
case 0:
if ( FLAG != 0 )
{
LEDR_out(-1);
HEX_out(-1);
FLAG = 0;
}
break;
case 1:
if ( FLAG != 1 )
{
LEDR_out(0);
FLAG = 1;
}
}
// Run Dhrystone
if( FLAG != 0 )
{
dhry();
HEX_out((finishTick - startTick)/(NUMBER_OF_RUNS/100));
printf( "Elapsed : %d ms\n", (finishTick - startTick));
}
}
return 0;
}
List2
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