ARM Cortex

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ARM Cortex-M7 初体験
第 5 回キャッシュ＆密結合メモリの効き目を実験で確かめる
今回は，超高性能 ARM Cortex-M7 搭載 STM32F7
マイコン（ST マイクロエレクトロニクス）の評価ボー
ド STM32F746G-Discovery を使って，Cortex-M7 の
特徴であるキャッシュや密結合メモリ（TCM）を使っ
たプログラムを作成し，その効き目を確かめてみま
す．
実験 1：命令用のキャッシュ＆
密結合メモリの効き目を確かめる
● プログラム
命令を格納する領域としては，命令密結合メモリ
ITCM（Instruction Tightly Coupled Memory）RAM，
フラッシュ・メモリ，内蔵 SRAM，外部 SDRAM な
どがあります．今回は，
（1）フラッシュ・メモリ→ ART（Adaptive Real-time）
→ ITCM インターフェース
（2）ITCM RAM → ITCM インターフェース
（3）フラッシュ・メモリ→ AXIM インターフェース
（4）内蔵 SRAM → AXIM インターフェース
の 4 つの経路で実行する場合の実行時間の比較を行い
ます．プログラム（の一部）をリスト 1 に示します．
このプログラムは，三角関数のコサインの値を計算
する関数 Cos() を，命令キャッシュの ON/OFF と
ART アクセラレータ ON/OFF の条件で，それぞれ 4
つの場合に関し，その実行時間（CPU サイクル数）を
Cortex-M7 内蔵の SysTick タイマでを計測するもので
す．計測時間に多少の変動があるようなので，それぞ
れの条件で 4 回実行しています．なお，
s1=SYSTICK；
を 2 回実行していますが，これは，SysTick の初期化
後にタイマ値を読むと，0x00FFFFFF に近い値が期
待値なのに，なぜか 0 がリードできる場合があるから
です．2 回タイマをリードすれば，それらしい値が得
られます．
リスト 1 で特に注意することは，Cos() 関数の内
容を ITCM RAM 領域（0x000001000 番地から），また
は SRAM 領域（0x20010000 番地から）に転送する方法
です．リスト 1 ではそれぞれ，
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中森章
for（i=0;i<0x1000;i++）
（（char*）0x00001000）[i]=
（（char*）
（（（char*）Cos）-1））[i];
for（i=0;i<0x1000;i++）
（（char*）0x20010000）[i]=
（（char*）
（（（char*）Cos）-1））[i];
としています．この記述の要点は，Cos() の先頭ア
ドレスから 1 を引いている点です．Thumb コードで
記述された関数のアドレスを参照する場合，アドレス
のビット 0 が 1 になっています．そこでビット 0 をク
リアしないと，関数の内容を転送するときに，アンア
ラインド・アクセスとなって，正しいデータが転送で
きません（筆者はこれでかなり悩んでしまった）
．
また同様に，0x000001000 番地，または 0x20010000
番地から関数を実行する場合に，それぞれ，
（（void（*）
（REAL））0x00001001）
（引き数）;
（（void（*）
（REAL））0x20010001）
（引き数）;
としていますが，これも同じ理由です．分岐先アドレ
スのビット 0 が 1 でないとハード・フォールトが発生
してしまいます．
なお，リスト 1（左段中ほど）で，
*（volatile int*）0x40023c00 ^= 0x200;
// ART OFF
の行を生かすと ART アクセラレータ OFF，コメント・
アウトすると ART アクセレレータ ON になります．
● 実行結果…ざっくり 2 倍速くなる
サンプル・プログラムの実行結果を表 1 に示します．
（1）ITCM ON では，命令キャッシュの ON/OFF に
かかわらず，同等の実行時間です．つまり，
ITCM インターフェース上で実行すると（命令
キャッシュ・ミスをしない限り）同等の性能が得
られることが分かります．この結果では，フラッ
シュ・メモリから実行（ART アクセラレータ経
由）の場合の方が ITCM RAM から実行するより
速くなっていますが，誤差のようです．ART ア
クセラレータを OFF にすると ITCM RAM から
の実行の方がフラッシュから実行するより若干
第 1 回　最新 ARM Cortex-M7 コア入門（2016 年 11 月号）
第 2 回　高性能リアルタイム向け Cortex-M7 の演算性能（2016 年 12 月号）
第 3 回　ハードもソフトも至れり尽せり…Cortex-M7 内蔵 STM32F7 初体験（2017 年 1 月号）
2017 年 3 月号

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