JP2010160716A - Verification device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タスクが設計通りに実行されるかを検証する検証装置に関し、特に、タスクの実行時間を測定する検証装置に関する。 The present invention relates to a verification apparatus that verifies whether a task is executed as designed, and more particularly to a verification apparatus that measures the execution time of a task.
制御系システムは、タスクの実行タイミングに非常に厳しい制約が課される。例えば、制御系システムがプログラムのフローチャートどおりに動いても、タスクの実行タイミングが許容範囲を超えてずれると期待通りに作動しない。このため、タスクが設計通りに実行されるかどうかを検証しながら開発が進められることが多い(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、割込みの発生のタイミングが制御系システムの動作時間に与える影響を検証する検証プログラムを、CPUの命令実行時間を消費することなく実行することで、検証プログラムがタスクの実行時間に与える影響を排除して制御系システムを検証する検証装置が記載されている。 In the control system, very severe restrictions are imposed on the task execution timing. For example, even if the control system moves according to the program flowchart, it does not operate as expected if the task execution timing deviates beyond an allowable range. For this reason, development often proceeds while verifying whether a task is executed as designed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses that a verification program for verifying the influence of interrupt generation timing on the operation time of a control system is executed without consuming CPU instruction execution time. The verification apparatus which verifies the control system by eliminating the influence on the system is described.
しかしながら、特許文献1記載の検証装置では、割込み試験装置をCPUとは別に実装する必要があるためコスト増となるという問題がある。また、割込みが制御系システムの動作時間に与える影響しか検証できない。 However, the verification device described in Patent Document 1 has a problem that the cost is increased because the interrupt test device needs to be mounted separately from the CPU. In addition, only the influence of the interrupt on the operation time of the control system can be verified.
ところで、タスクの実行タイミングが設計上の仕様を満たすかどうかをタイマを利用して検証する方法が知られている。この方法は、制御系システムに、タスクの実行時間を測定する検証用の検証コードを記述しておき、制御系システムの実行と共にタスクの実行時間を厳密に測定するものである。実行時間の測定結果を記録しておくことで、設計上の仕様を満たすかどうか、満たすのであれば仕様に対しどのくらい余裕があるかを検証することができる。 By the way, there is known a method for verifying whether a task execution timing satisfies a design specification using a timer. In this method, a verification code for verification for measuring the task execution time is described in the control system, and the task execution time is strictly measured together with the execution of the control system. By recording the measurement result of the execution time, it is possible to verify whether or not the design specification is satisfied, and if so, how much room is available for the specification.
図1は、従来の検証コードの一例を示す図である。この検証コードには、例えば割込み要因の発生による割り込みに対応した「Timing Critical job」タスクの実行時間を測定する手順が記述されている。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a conventional verification code. This verification code describes a procedure for measuring the execution time of a “Timing Critical Job” task corresponding to an interrupt caused by the occurrence of an interrupt factor, for example.
「Timing Critical job」タスクの実行に先立ち、「Timer_inst()」で新しくタイマのインスタンスを作成し、「Timer_start()」でタイマをスタートする。タイマをスタートすると「Timing Critical job」タスクが実行される。 Before executing the “Timing Critical job” task, create a new timer instance with “Timer_inst ()” and start the timer with “Timer_start ()”. When the timer is started, the "Timing Critical job" task is executed.
「Timing Critical job」タスクが終了すると、「Timer_stop()」によりタイマがストップされる。実行時間はメモリに記憶しておく。ここで、制御系システムでは同じタスクが繰り返し実行されることがあるが、同じタスクであってもI/O待ちや他のタスクの実行状況等に応じて実行時間は完全に同じにはならない。このため、検証コードにより「Timing Critical job」タスクの実行の度に実行時間を上書きすることなく記憶しておく。 When the “Timing Critical job” task ends, the timer is stopped by “Timer_stop ()”. The execution time is stored in the memory. Here, the same task may be repeatedly executed in the control system, but even if it is the same task, the execution time is not completely the same depending on I / O waiting, execution status of other tasks, and the like. For this reason, the verification code is stored without overwriting the execution time each time the “Timing Critical job” task is executed.
そして、検証コードの実行により実行時間の統計データが算出される。すなわち「Calc_min()」により、複数ある実行時間のうち最小の実行時間が決定され、「Calc_max()」により、複数ある実行時間のうち最大の実行時間が決定され、「Calc_average()」により、複数ある実行時間の平均値が算出される。また、実行時間が仕様を満たしているか否かを判定するため、「Check_dedline()」により、例えば最大の実行時間と最大許容時間との差を算出する。 Then, the execution time statistical data is calculated by executing the verification code. That is, the minimum execution time of a plurality of execution times is determined by “Calc_min ()”, the maximum execution time of a plurality of execution times is determined by “Calc_max ()”, and “Calc_average ()” An average value of a plurality of execution times is calculated. Further, in order to determine whether or not the execution time satisfies the specification, for example, a difference between the maximum execution time and the maximum allowable time is calculated by “Check_dedline ()”.
このように、検証コードをタスクのプログラムに一体に記述することで、制御系システムのプログラムを別のハードウェア上に実装した際にも、タスクの実行時間が仕様を満たしているか否かを容易に検証できる。
しかしながら、検証コードは実際の製品に搭載された際には不要となる。このため、検証コードをプログラムと一体に記述したまま製品を出荷することは、プログラムの肥大化やパフォーマンスの劣化をもたらすことになっている。 However, the verification code is not necessary when it is installed in an actual product. For this reason, shipping a product while the verification code is described together with the program leads to enlargement of the program and deterioration of performance.
したがって、プログラムから検証コードを削除して製品を出荷することが望ましいが、検証コードを削除すると制御系システム全体の時間的なふるまいも変わってしまう。例えば、図1に示すようにコンパイル型のプログラムはオブジェクトコードにコンパイルされてからCPUで実行される。「Timer_inst()」は「Timer_inst0x2123」と「Timer_inst0x2124」のオブジェクトコードに、「Timer_start()」は「Timer_start0x1234」と「Timer_start0x1235」のオブジェクトコードにコンパイルされている。同様に、「Timer_stop()」は「Timer_stop0x5892」と「Timer_stop0x5893」に、「Calc_min()」は「Calc_min0x7278」と「Calc_min0x7279」に、「Calc_max()」は「Calc_max0x5290」と「Calc_max0x5291」に、「Calc_average()」は「Calc_average0x0821」と「Calc_average0x822」に、「Check_dedline()」は「Check_dedline0x2122」と「Check_dedline0x2123」に、それぞれコンパイルされている。なお、数値「0x・・・・」はそのオブジェクトコードが記憶されているメモリのアドレスを示す。 Therefore, it is desirable to delete the verification code from the program and ship the product. However, if the verification code is deleted, the temporal behavior of the entire control system changes. For example, as shown in FIG. 1, a compiled program is compiled into object code and then executed by the CPU. “Timer_inst ()” is compiled into object codes “Timer_inst0x2123” and “Timer_inst0x2124”, and “Timer_start ()” is compiled into object codes “Timer_start0x1234” and “Timer_start0x1235”. Similarly, "Timer_stop ()" is "Timer_stop0x5892" and "Timer_stop0x5893", "Calc_min ()" is "Calc_min0x7278" and "Calc_min0x7279", "Calc_max ()" is "Calc_max0x5290" and "Calc_max0x5291", "Calc_average () "Is compiled into" Calc_average0x0821 "and" Calc_average0x822 ", and" Check_dedline () "is compiled into" Check_dedline0x2122 "and" Check_dedline0x2123 ", respectively. The numerical value “0x...” Indicates the address of the memory where the object code is stored.
このように、検証コードが1命令でもオブジェクトコードは複数命令に渡ったり、1命令のオブジェクトコードの実行にも命令によっては複数クロックを消費するなど、実行時間を測定するためのオブジェクトコードの実行には比較的長い時間がかかっている。実行時間の測定のため、制御系システムの時間的な振るふるまいが変わると「Timing Critical job」タスクの実行時間にも影響を与えるので、仕様を満たしていることを保証できない。このため、従来は、検証コードをプログラムに記述したまま製品を出荷していた。 In this way, even if the verification code is one instruction, the object code can be executed over a plurality of instructions, or the execution of the object code for measuring the execution time such as the execution of the object code of one instruction may consume a plurality of clocks depending on the instruction. Takes a relatively long time. Because the execution time is measured, if the behavior of the control system changes over time, the execution time of the “Timing Critical Job” task will also be affected, so it cannot be guaranteed that the specification is satisfied. For this reason, conventionally, products are shipped with the verification code written in the program.
すなわち、従来は、検証コードの有無がコード量や制御系システムの時間的ふるまいに与える影響が大きいため、そのままでは削除することも実装したままとすることも適当でないという問題があった。 That is, conventionally, since the presence or absence of the verification code has a large influence on the code amount and the temporal behavior of the control system, there is a problem that it is not appropriate to delete the code as it is or to leave it mounted.
本発明は、上記課題に鑑み、検証コードの有無がコード量や制御系システムの時間的なふるまいに与える影響を小さくすることができるプログラムの検証装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a program verification apparatus that can reduce the influence of the presence or absence of a verification code on the code amount and the temporal behavior of a control system.
上記課題に鑑み、本発明は、CPUによるタスクの実行時間を検証する検証装置において、CPUが実行するタスクのタスクコードと、タスクコードの直前に記述されたタイマをスタートさせる第1の命令と、タスクコードの後に記述されたタイマをストップさせる第2の命令と、が記述されたプログラムを記憶する記憶手段と、第1の命令を1つ実行しただけでタイマをスタートさせる手段と、第2の命令を1つ実行しただけでタイマをストップさせ実行時間を測定すると共に、複数回の前記タスクの実行により得られた複数の実行時間に統計処理を施す手段と、を有することを特徴とする。 In view of the above problem, the present invention provides a verification device for verifying the execution time of a task by a CPU, a task code of a task executed by the CPU, a first instruction for starting a timer described immediately before the task code, A second instruction for stopping the timer described after the task code; a storage means for storing the program described therein; a means for starting the timer by executing only one first instruction; Means for stopping the timer and measuring the execution time by executing only one instruction and performing statistical processing on a plurality of execution times obtained by executing the task a plurality of times.
検証コードの有無がコード量や制御系システムの時間的なふるまいに与える影響を小さくすることができるプログラムの検証装置を提供することができる。 It is possible to provide a program verification apparatus capable of reducing the influence of the presence or absence of a verification code on the code amount and the temporal behavior of a control system.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図2は、本実施形態の検証装置100による「Timing Critical job」タスクの実行時間の測定を模式的に説明する図の一例である。本実施形態の検証装置100は、次のような特徴を備える。
(1)ソフトウェアで測定していた実行時間の測定と統計処理をCPU50が実行する。
(2)検証コードには、タイマのスタートを1命令で、統計処理を1命令で、それぞれ記述する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 is an example of a diagram schematically illustrating the measurement of the execution time of the “Timing Critical job” task by the
(1) The
(2) In the verification code, describe the start of the timer with one instruction and the statistical processing with one instruction.
例えば、「Timer_inst_start()」がタイマのスタートをCPU50に実行させる命令で、「Timer_stop_calc()」がタイマをストップさせ統計処理をCPU50に実行させる命令である。すなわち、CPU50は「Timer_inst_start()」を実行するとタイマをスタートさせ、「Timer_stop_calc()」を実行すると一連の統計処理を行う。それぞれ1命令なので、コード量や制御系システムの時間的ふるまいに与える影響は誤差として無視できる範囲である。このため、検証コードを含むプログラムをそのまま実際の製品に搭載しても、プログラムの肥大化やパフォーマンスの劣化をもたらすことがない。
For example, “Timer_inst_start ()” is an instruction for causing the
なお、実行時間や統計処理の結果はCPU50のメモリに記憶しておく。実行時間や統計処理の結果は、JTAG(Joint Test Action Group)ツール30等を利用してCPU50のメモリから読み出すことができるので、実行時間や統計処理の結果を読み出すためのコードを記述しておく必要はない。
The execution time and the result of statistical processing are stored in the memory of the
また、「1命令」とはオブジェクトコードにコンパイルされた際に、例えば1回の命令フェッチで読み出される1つの命令である。「オペコード、オペランド0,オペランド1…」のオブジェクトコードの場合,1つのオペコードが本実施形態の「1命令」に相当する。オペランドを有しているか否かは問わない。 In addition, “1 instruction” is one instruction that is read by one instruction fetch, for example, when compiled into an object code. In the case of the object code “opcode, operand 0, operand 1...”, One opcode corresponds to “1 instruction” in the present embodiment. It does not matter whether or not it has an operand.
図3は検証コードを含むプログラムの記述例とオブジェクトコードの一例を示す。図3(a)に示すように、実行タイミングに厳しい制約が課されるタスクのプログラムの冒頭に「Timer_inst_start()」の1命令が、タスクの末尾に「Timer_stop_calc()」の一命令が記述されている。コンパイラがプログラムをコンパイルすることで、図3(b)に示すオブジェクトコードが得られる。このオブジェクトコードはCPU50に接続されたEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)10に記憶される。
FIG. 3 shows a description example of a program including a verification code and an example of an object code. As shown in Fig. 3 (a), one instruction of "Timer_inst_start ()" is described at the beginning of a program of a task in which strict restrictions are imposed on the execution timing, and one instruction of "Timer_stop_calc ()" is described at the end of the task. ing. The object code shown in FIG. 3B is obtained by compiling the program by the compiler. This object code is stored in an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) 10 connected to the
プログラムの1命令「Timer_inst_start()」が、1命令のまま「Timer_inst_start()0x1111」というオブジェクトコードにコンパイルされており、プログラムの1命令「Timer_stop_calc()」が、1命令のまま「Timer_stop_calc()0x2222」というオブジェクトコードにコンパイルされている。このようなオブジェクトコードは、CPU50の命令セットに対応したものであり、コンパイラ及びCPU50が1命令による実行時間の検証に対応していることになる。なお、数値「0x・・・・」はそのオブジェクトコードが記憶されているメモリのアドレスを示す。
One instruction “Timer_inst_start ()” of the program is compiled into an object code “Timer_inst_start () 0x1111” with one instruction, and one instruction “Timer_stop_calc ()” of the program remains with one instruction “Timer_stop_calc () 0x2222” Is compiled into object code. Such an object code corresponds to the instruction set of the
図4は、本実施形態の検証装置100の概略構成図の一例を示す。検証装置100はCPU50とEEPROM10に記憶された検証コードを実体としている。このCPU50は検証が完了すると例えば車載されるECU(Electronic Control Unit)に搭載される。本実施形態の検証方法は制御系システムに好適であるため、例えばエンジンECU、パワートレイン系ECU又はブレーキECU等に適用される。なお、CPU50やEEPROM10の他、RAM、ROM、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)及び入出力端子等を備える。
FIG. 4 shows an example of a schematic configuration diagram of the
CPU50は命令レジスタに記憶された「Timer_inst_start()0x1111」をフェッチしてデコーダ11で解読して、タイマスタート回路12にタイマ15をスタートさせる信号を出力する。タイマスタート回路12はクロック信号をカウントして時間を測定するタイマ15をスタートさせる。初期化処理は必要に応じて実行される。また、タイマスタート回路12はカウンタ回路13に信号を出力する。カウンタ回路13は信号を受信する毎にカウントアップする回路で、「Timing Critical job」タスクの実行回数をカウントする。この後、CPU50は「Timing Critical job」タスクを実行する。
The
「Timing Critical job」タスクが終了すると、CPU50は命令レジスタに記憶された「Timer_stop_calc()0x2222」を読み出しデコーダ11で解読して、タイマストップ回路17にタイマ15をストップさせる信号を出力する。タイマ15がストップした時のタイマ15の値が実行時間である。また、CPU50が「Timer_stop_calc()0x2222」を実行することで、以下の一連の処理が実行される。
When the “Timing Critical job” task ends, the
タイマ15のストップ後、タイマ15が測定した実行時間は比較回路18、比較回路19及び合計加算回路16に出力される。比較回路18はタイマ15が測定した実行時間と記憶しているmin値を比較して、実行時間の方が小さい場合のみ、実行時間を新たにmin値に置き換える。こうすることで、比較回路18には常に最小の実行時間が記憶された状態となる。
After the
比較回路19はタイマ15が測定した実行時間と記憶しているmax値を比較して、実行時間の方が小さい場合のみ、実行時間を新たにmax値に置き換える。こうすることで、比較回路19には常に最大の実行時間が記憶された状態となる。
The
また、合計加算回路16は、タイマ15がストップする毎に実行時間を累積する回路である。合計加算回路16には、過去の実行時間が全て累積された累積時間が記憶される。合計加算回路16は、累積時間を算出したタイミングで平均算出回路14に累積時間を出力する。
The
平均算出回路14は、累積時間が入力されるとカウンタ回路13から実行回数を読み出し、所定の演算(除算)を施して実行時間の平均値を算出する。平均算出回路14は最新の平均値を記憶した状態となる。また、平均算出回路14は平均値を算出したタイミングで平均値を比較回路21に出力する。
When the accumulated time is input, the average calculation circuit 14 reads the number of executions from the
比較回路21は、予め定められた最大許容時間を記憶している。比較回路21は最大許容時間と平均値の差を算出して記憶する。なお、最大許容時間はJTAGツール30により検証前に書き込まれている。また、比較回路21は、平均値と最大許容時間との差でなく、min値又はmax値との差を算出してもよい。
The
そして、プログラムの実行が終了すると、ユーザはJTAGツール30を用いてCPU50から検証結果を読み出す。すなわち、比較回路18からmin値を、比較回路19からmax値を、平均算出回路14から平均値を、比較回路21から最大許容時間と平均値の差を、それぞれ読み出す。
When the execution of the program ends, the user reads the verification result from the
したがって、タイマ15のストップから数クロック程度で最大許容時間と平均値の差までを算出できるので、プログラムが検証コードを含んだまま製品に実装されても制御系システムの時間的なふるまいを変えるおそれがない。また、タイマ15のスタートに1命令、統計処理に1命令のコード量なので、コードを肥大化させることもない。
Accordingly, since the maximum allowable time and the difference between the average values can be calculated within a few clocks from the stop of the
なお、図4では検証コードの実行手段をハードウェアとして実装したが、複数のマイクロ命令から成るマイクロプログラムを実行することで、一連の処理を実行してもよい。この場合、タイマ15が測定した実行時間を「Timer_stop_calc()0x2222」が実行される毎に記憶しておく。そして、マイクロプログラムにより、min値、max値、平均値、及び、平均値と最大許容時間との差を算出する。算出結果はそれぞれレジスタに記憶しておく。
In FIG. 4, the verification code executing means is implemented as hardware, but a series of processing may be executed by executing a microprogram composed of a plurality of microinstructions. In this case, the execution time measured by the
ところで、本実施形態では「Timing Critical job」タスクを1つであるかのように説明したが、実際には1つの制御系システムに「Timing Critical job」タスクは複数あることが多い。この場合、タイマ15をスタートする1命令と、統計処理の1命令にそれぞれオペランドとしてそれぞれIDを記述することで、複数の「Timing Critical job」タスクそれぞれの実行時間の測定と統計処理が可能となる。
「Timer_inst_start() ID」
「Timer_stop_calc() ID」
IDは0〜0xffffの有限個とするが、実際には1〜32個程度で十分である。
また、オペランドとしてのIDとCPU50側の実装部のハードウェアID(以下、HWIDという)をテーブルで対応づけておく。
ID0 → HWID0
ID1 → HWID1
ID2 → HWID2
ID3 → disable
ID4 → disable
ID5 → disable
ID6 → HWID3
こうすることで、CPU50は「Timer_inst_start() ID」や「Timer_stop_calc() ID」を実行する際に、どの実装部を利用すべきか判定できる。このようなテーブルは、例えばEEPROM10に記憶され、JTAGツール30により必要に応じて動的に修正・追加できる。なお、初期状態では全ての対応関係が「disable」である。「Timer_inst_start() ID」又は「Timer_stop_calc() ID」が「disable」IDを指定した場合、CPU50はNOP(No Operation)として処理する(何も実行しない)。
By the way, in this embodiment, although it demonstrated as if there was one "Timing Critical job" task, in fact, there are many "Timing Critical job" tasks in one control system. In this case, by describing IDs as operands in one instruction for starting the
"Timer_inst_start () ID"
"Timer_stop_calc () ID"
The ID is a finite number of 0 to 0xffff, but about 1 to 32 is actually sufficient.
Further, an ID as an operand is associated with a hardware ID (hereinafter referred to as HWID) of the mounting unit on the
ID0 → HWID0
ID1 → HWID1
ID2 → HWID2
ID3 → disable
ID4 → disable
ID5 → disable
ID6 → HWID3
In this way, the
10 EEPROM
15 タイマ
30 JTAGツール
50 CPU
100 検証装置
10 EEPROM
15
100 Verification device
Claims (1)
前記CPUが実行する前記タスクのタスクコードと、前記タスクコードの直前に記述されたタイマをスタートさせる第1の命令と、前記タスクコードの後に記述されたタイマをストップさせる第2の命令と、が記述されたプログラムを記憶する記憶手段と、
前記第1の命令を1つ実行しただけでタイマをスタートさせる手段と、
前記第2の命令を1つ実行しただけでタイマをストップさせ前記実行時間を測定すると共に、複数回の前記タスクの実行により得られた複数の前記実行時間に統計処理を施す手段と、
を有することを特徴とする検証装置。 In the verification device that verifies the execution time of the task by the CPU,
A task code of the task to be executed by the CPU; a first instruction for starting a timer described immediately before the task code; and a second instruction for stopping a timer described after the task code. Storage means for storing the described program;
Means for starting a timer by executing only one of the first instructions;
Means for stopping the timer by measuring only the second instruction and measuring the execution time, and performing statistical processing on the plurality of execution times obtained by executing the task a plurality of times;
The verification apparatus characterized by having.
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