ＰＩＣＢＡＳＩＣコンパイラ
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まるでインタプリタ。でもコンパイラです。超カンタン超シンプルです。
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［第１４回］



●ＦＯＲ　ＮＥＸＴ文の実行時間

前回はＰＯＲＴＣに値を出力してすぐにＰＯＲＴＣの値を読むと正しい値が読み取れないという問題を回避するためにＦＯＲ　ＮＥＸＴ文を間に入れるという方法について説明しました。
「わずかな時間」と説明しましたが実際にどのくらいの時間なのかについては何も書きませんでした。
実はそのように書いた私自身も実際に測ってみたわけではありませんから、多分短い時間だろうなあというぐらいの認識しかありません。
やっぱりこういうことは念のために確認しておくべきでありましょう。
ということで今回は簡単なテストプログラムを作って試してみることにしました。

その前に。
前回はＩ／Ｏポートでデータが誤って読み込まれる現象を「ＲＥＡＤ　ＭＯＤＩＦＹ　ＷＲＩＴＥ問題」と書きましたが一般にＰＩＣで「ＲＥＡＤ　ＭＯＤＩＦＹ　ＷＲＩＴＥ」という場合には少し意味合いが違っているところがありますから念のために補足しておきます。
ＰＩＣで言う「ＲＥＡＤ　ＭＯＤＩＦＹ　ＷＲＩＴＥ」はＩ／Ｏポートに対するビットセットやビットリセット命令など他のビットの状態を変化させないで特定のビットのみを変化させるために行なわれる動作のことを言います。
その場合には一旦Ｉ／Ｏポートから現在の出力値を読み込んでから特定のビットのみを変化させることでセット、リセットした後に再びその変更した値を出力します。
このときにもしもＩ／Ｏポートの外部に比較的大きな容量性の負荷がかかっていたり小さな値の抵抗でプルアップ、プルダウンされていて出力電圧が中間値になっていたりすると正しい値が読み込まれないために特定のビット以外の本来ならば変化しないはずの他のビットも変化してしまう可能性があります。
前回のようにＩ／Ｏポートに出力した直後にそのＩ／Ｏポートの値を読み込むときに誤読してしまうこともそれに近い現象ですがそれと「ＲＥＡＤ　ＭＯＤＩＦＹ　ＷＲＩＴＥ」とは少し動作が異なっていることに後で気が付きましたので以上のように補足させていただきます。

さて。
それではＦＯＲ　ＮＥＸＴのテストプログラムについての説明にかかります。
下は［第１０回］で作ったＰＯＲＴＣ＋＋のプログラムにＦＯＲ　ＮＥＸＴ文を追加したプログラムです。

ａ＝０から開始してａの値を＋１ずつ加算します。
ＮＥＸＴのところでａの値が９を越えたら（ａ＝１０になったら）ＦＯＲ　ＮＥＸＴのループを抜け出します。
ＮＥＸＴのところでａ＝１〜ａ＝１０までの繰り返しですからループは１０回実行されます。
それとＰＯＲＴＣ＋＋とｇｏｔｏ　２０の１回の実行時間の合計が１回のＰＯＲＴＣの出力処理のループに要する時間です。

上のプログラムを実行してＰＯＲＴＣのビット０の出力をＣＰＬＤロジアナで観測しました。
ＰＯＲＴＣのビット０（ＲＣ０）はＰＲＯＢＥ０に接続しました。

サンプリングクロックは５ＭＨｚです。
ＨとＬで２μｓの違いがありますがこれは５ＭＨｚでは測定限界です。
ＰＯＲＴＣの１回の出力ループの実行時間は約８μｓです。
マシン語ですから高速で実行されます。

もう少しＦＯＲ　ＮＥＸＴの時間を追及するために今度は３０行のＦＯＲ文をａ＝０　ｔｏ　１に書き換えました。

スクリーンエディタは便利です。
この画面のように必要な行をＬＩＳＴコマンドで表示してカーソルを移動して書き換えるだけです。
上のほうに表示されているＬＩＳＴの３０行のところまでカーソルを移動していってそこで書き換えることもできます。
今回はＦＯＲ　ＮＥＸＴループは２回だけの実行です。

先ほどと同じようにＣＰＬＤロジアナでＰＯＲＴＣのビット０の出力を観測しました。

ＣＰＬＤロジアナのサンプリングクロックは１０ＭＨｚです。
ＦＯＲ　ＮＥＸＴ部分の２回の繰り返しを含むＰＯＲＴＣ出力ループの１回の実行時間はＬ＝３．２μｓ、Ｈ＝３．３μｓです。
サンプリングクロック１０ＭＨｚで０，１μｓは測定限界です。
さきほどはＦＯＲ　ＮＥＸＴは１０回で８μｓでした。
ちょっと計算が合いませんがこれはＦＯＲ文の設定部分の実行時間などが加算されるためです。
ＦＯＲ　ＮＥＸＴの繰り返し回数が少ないほど全体に対するその部分の割合が大きくなります。
逆に繰り返し回数が多くなればその部分の割合は無視できるほどになります。

ＦＯＲ　ＮＥＸＴの回数を２０回にしてみました。


ＣＰＬＤロジアナの観測結果です。

今回は１４μｓになりました。
先ほどのＦＯＲ　ＮＥＸＴが１０回のときは８μｓでした。
ＰＯＲＴＣ＋＋やｇｏｔｏ　２０、それとＦＯＲ文の設定部分の実行時間はどちらも同じだとするとその固定部分の時間をａ、ＦＯＲ　ＮＥＸＴ１回の時間をｘと置くと次の式が得られます。
ａ＋２０ｘ＝１４
ａ＋１０ｘ＝８
この式を解くとｘ＝０．６（μｓ）が得られます。
そしてａは２μｓになります。
この値をさきほどのＦＯＲ　ＮＥＸＴ２回の結果にあてはめると２＋０．６×２＝３．２μｓですから計算通りの結果となっています。

今度はＦＯＲ　ＮＥＸＴの繰り返し回数をうんと増やしてみました。

ａ＝０から９９ですから１００回の繰り返しです。
ここまでくると固定部分のａはほぼ無視できるようになります。

ＣＰＬＤロジアナの観測結果です。

ＦＯＲ　ＮＥＸＴ１００回の繰り返しに対して６０μｓですからａの時間は無視できることがわかります。

ＦＯＲ　ＮＥＸＴの回数を２００回にしました。

３０行をｆｏｒ　ａ＝０　ｔｏ　１９９に書き換えました。

ＣＰＬＤロジアナの観測結果です。

１１８μｓです。
計算値よりも２μｓ足りませんが２μｓの差はサンプリングクロック５００ＫＨｚでは測定限界ですから１２０μｓとしてよいでしょう。
１２０÷２００＝０．６ですから計算通りの結果です。

ＰＩＣＢＡＳＩＣコンパイラ［第１４回］
２０２３．４．２３ｕｐｌｏａｄ

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