AT90USB1287 - ISR viel zu langsam!

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Autor
AT90USB1287 - ISR viel zu langsam!

    







BID = 700221

Knutwurst

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Moin Moin,

Da ich weiß, dass niemand gerne sehr lange Texte liest, komme ich einfach mal auf den Punkt:

Ich arbeite gerade daran, einen RGB LED Cube mit einem Mikrocontroller der AT90USB Serie anzusteuern, und diesen dann als USB 3D-Display zu verwenden. Den genauen Aufbau teile ich gern auf Anfrage mit, aber momentan bereitet mir etwas anderes Kopfzerbrechen... und zwar die Geschwindigkeit. Klar, 16Mhz sind nicht viel, aber ich hatte gehofft, dass ich einen Timer wenigstens mit 1Mhz laufen lassen könnte... jedoch Pustekuchen.

Die Konfiguration meines Timers sieht so aus:


Code :


OCR0A = 60; // <-- weniger geht nicht, da sonst USB schon ausfällt!
TCCR0A = (1 << WGM01);
TCCR0B = (1 << CS00);
TIMSK0 = (1 << OCIE0A);



Und die ISR selbst:



Code :


ISR(TIMER0_COMPA_vect, ISR_BLOCK)
{
/*
* PORTB 0 = LE (P10 -> 7)
* PORTB 1 = CLK (P10 -> 5)
* PORTB 2 = SDI (P10 -> 3)
*
* PORTB 4 = OE (P10 -> 1)
* PORTB 5 = B (P10 -> 8)
* PORTB 6 = G (P10 -> 6)
* PORTB 7 = R (P10 -> 4)
*
* PORTD 0 = LE 1
* PORTD 1 = LE 2
* PORTD 2 = LE 3
* PORTD 3 = LE 4
* PORTD 4 = LE 5
* PORTD 5 = LE 6
* PORTD 6 = LE 7
* PORTD 7 = LE 8
*/


/*
* Bitmuster an den Ports zwischenspeichern
*/
tempPORTB = PORTB;
tempPORTD = PORTD;

/*
* Clock berechnen und zürücksetzen
*/
if(++CLK == 2)
{
CLK = 0;
tempPORTB CLEAR_BIT1; //CLK=0
}else{
tempPORTB SET_BIT1; //CLK=1

if(++LEDSubCount == 64)
{
/*
* Werte für die Farbe der aktuellen LED/Reihe
* an den PWM Generator für die MOSFETS übergeben
*/

SoftPWM_Channel_R_Duty = (framebuffer2[RowCount][LEDCount] & 0b0000111100000000) >> 8;
SoftPWM_Channel_G_Duty = (framebuffer2[RowCount][LEDCount] & 0b0000000011110000) >> 4;
SoftPWM_Channel_B_Duty = (framebuffer2[RowCount][LEDCount] & 0b0000000000001111);

/*
* PORTB Bit 0 = Latch Enable für alle
* LED Treiber auf einem Modul.
*/
tempPORTB SET_BIT0; //LE=1
LEDCount++;
LEDSubCount = 0;
}else{
tempPORTB CLEAR_BIT0; //LE=0;
}

/*
* Clock für ein Led-modul berechnen und
* ggf. zurücksetzen
*
* PORTB Bit 4 = Output Enable für das aktuelle
* LED Modul. Output wird abgeschaltet, wenn Modul
* nicht mit Daten versorgt wird.
*/
if(LEDCount == 64)
{
RowCount++;
LEDCount = 0;
tempPORTB SET_BIT4; //OE=0 (invertiert)
}else{
tempPORTB CLEAR_BIT4; //OE=1 (invertiert)
}

/*
* Ausgänge für die aktuelle Reihe aktivieren
*/
if(RowCount == 8)
{
RowCount = 0;
}

tempPORTD = RowCount+1;

/*
* Bei steigender Flanke die gewählte LED (von 64)
* innerhalb einers Modules (RowCount) setzen.
* LEDSubCount ist hierbei die 'innere' Schleife
*
*
* PORTB Bit 1 = CLK
* PORTB Bit 2 = SDI
*/
if(LEDSubCount == LEDCount)
{
tempPORTB SET_BIT2; //SDI=1
}else{
tempPORTB CLEAR_BIT2; //SDI=0
}
}


/*
* PWM Generator für die Farbansteuerung
*
* PORTB Bit5 = blau
* PORTB Bit6 = grün
* PORTB Bit7 = rot
*
*/
if (++SoftPWM_Count == 0b00010000)
SoftPWM_Count = 0;

/*
* ROT
*/
if (SoftPWM_Count >= SoftPWM_Channel_R_Duty)
{
tempPORTB SET_BIT7;
}else{
tempPORTB CLEAR_BIT7;
}

/*
* GRÜN
*/
if (SoftPWM_Count >= SoftPWM_Channel_G_Duty)
{
tempPORTB SET_BIT6;
}else{
tempPORTB CLEAR_BIT6;
}

/*
* BLAU
*/
if (SoftPWM_Count >= SoftPWM_Channel_B_Duty)
{
tempPORTB SET_BIT5;
}else{
tempPORTB CLEAR_BIT5;
}


/*
* Alle Veränderungen an den Ports wieder zurückschreiben
*/
//PORTB |= (1<<tempPORTB) & 0b00010111;
//PORTD |= (1<<tempPORTD) & 0b11111111;
PORTB = tempPORTB;
PORTD = tempPORTD;
}



Hat jemand eine Idee, wie ich das Ganze schneller bekomme? CLK/60 kann doch nicht das Maximum sein.. oder?

Gruß
Knutwurst

BID = 700235

DonComi

Inventar



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Hallo Knutwurst;

Das kann so doch nichts werden. Wenn du CLK/60 hast, dann kannst du ja nichtmal 60 elementare Instruktionen in der ISR ausführen, weil dann der nächste IRQ kommt.


In einer ISR sollte man allgemein keine großartigen Berechnungen durchführen. Wenn es doch sein muss und zusätzlich zeitkritisch ist, sollte das in Assembler kodiert werden.
Dann entfällt auch der enorme Overhead, den der GCC als Prolog und Epilog in die ISR mit einbaut. Hardwaremäßig wird der PC auf den Stack geschmissen und die Adresse der ISR geladen -> vier Instruktionen. Dann kommen, vom GCC erzeugt, die Sicherung des Statusregisters und die Initialisierung einiger Register und sichern alter Inhalte auf dem Stack... Allein dieser Overhad benötigt bestimmt schon 80% der 60 Taktzyklen.

Schau dir diebezüglich mal das Disassembling an: avr-objdump -d objdatei
Wetten, dass dort zig pops kommen, bevor überhaupt dein Kode drankommt?



Fazit: schlechtes Programmdesign oder schlicht zu langsamer Controller.
Schreibe es in Assembler und linke es hinzu - du darfst dann natürlich keine C-Funktionen aus ASM ausführen! Kein Frame vorhanden.

_________________


[ Diese Nachricht wurde geändert von: DonComi am  5 Jul 2010 14:24 ]

BID = 700238

Knutwurst

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Danke DonComi für die schnelle Antwort,
ja... dass die ISR zu groß ist, hab ich mir doch schon gedacht. Wenn ich sie sehr abspecke (nur ein.. zwei PORT Befehle) dann läuft es auch wunderbar. Viel Zeit scheint das Verwenden von globalen Variablen wie z.B. SoftPWM_Count zu verbrauchen.

Ist es denn überhaupt möglich, so schnell so viele Daten über die Ports zu senden? Wenn ja, wie? Oder brauche ich wirklich einen schnelleren Controller?

Das Programmdesign würde ich auch komplett umstricken, wenn ich einen Ansatz und Hoffnung hätte, dass es klappt.

BID = 700244

DonComi

Inventar



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Also, du hast weniger als 60 Taktzyklen und willst ja auch nochmal was im Hauptprogramm erledigen.

Es ist sehr knapp.
Eine IO-Operation dauert allein bereits zwei Taktzyklen.

Ich habe mir das nicht näher angeschaut, aber mit ein wenig Assemblerkenntnissen kann man das deutlich beschleunigen.

Dabei muss man auch schonmal zu einigen Kniffen greifen

Was sagt denn objdump?

Edit: welchen µC nutzt du denn?
Der Mega48 kann bis zu 20MHz, hat aber auch nur 4k ROM und kein USB.



_________________


[ Diese Nachricht wurde geändert von: DonComi am  5 Jul 2010 14:46 ]

BID = 700248

Knutwurst

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Wie die Überschrift schon sagt, benutze ich einen AT90USB1287 mit 16Mhz Quartz.

Also eigentlich hab ich noch viel weniger als 60 Zyklen... am liebsten würde ich alles in 8 erledigen

In der ISR siehst du ja, was ich ungefähr vorhabe - und das muss eben sehr sehr schnell gehen. Im Grunde sind es ja nur ein Haufen vergleiche und schließlich eine Ausgabe an die Ports. Mein Controller ist hierbei eigentlich nur ein Signalgenerator, welcher einen internen Puffer besitzt, den man über USB füllen kann. Letzteres funktioniert auch schon sehr gut.

Die Disassemblierung von der ISR sieht übrigens so aus:


Code :


Disassembly of section .text.__vector_21:

00000000 <__vector_21>:
0: 1f 92 push r1
2: 0f 92 push r0
4: 0f b6 in r0, 0x3f ; 63
6: 0f 92 push r0
8: 0b b6 in r0, 0x3b ; 59
a: 0f 92 push r0
c: 11 24 eor r1, r1
e: 8f 93 push r24
10: 9f 93 push r25
12: ef 93 push r30
14: ff 93 push r31
16: 85 b1 in r24, 0x05 ; 5
18: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
1c: 8b b1 in r24, 0x0b ; 11
1e: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
22: 29 98 cbi 0x05, 1 ; 5
24: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
28: 8f 5f subi r24, 0xFF ; 255
2a: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
2e: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
32: 80 34 cpi r24, 0x40 ; 64
34: 01 f0 breq .+0 ; 0x36 <__vector_21+0x36>
36: 00 c0 rjmp .+0 ; 0x38 <__vector_21+0x38>
38: e0 91 00 00 lds r30, 0x0000
3c: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
3e: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
42: 96 e0 ldi r25, 0x06 ; 6
44: ee 0f add r30, r30
46: ff 1f adc r31, r31
48: 9a 95 dec r25
4a: 01 f4 brne .+0 ; 0x4c <__vector_21+0x4c>
4c: e8 0f add r30, r24
4e: f1 1d adc r31, r1
50: ee 0f add r30, r30
52: ff 1f adc r31, r31
54: e0 50 subi r30, 0x00 ; 0
56: f0 40 sbci r31, 0x00 ; 0
58: 80 81 ld r24, Z
5a: 91 81 ldd r25, Z+1 ; 0x01
5c: 80 70 andi r24, 0x00 ; 0
5e: 9f 70 andi r25, 0x0F ; 15
60: 90 93 00 00 sts 0x0000, r25
64: e0 91 00 00 lds r30, 0x0000
68: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
6a: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
6e: 96 e0 ldi r25, 0x06 ; 6
70: ee 0f add r30, r30
72: ff 1f adc r31, r31
74: 9a 95 dec r25
76: 01 f4 brne .+0 ; 0x78 <__vector_21+0x78>
78: e8 0f add r30, r24
7a: f1 1d adc r31, r1
7c: ee 0f add r30, r30
7e: ff 1f adc r31, r31
80: e0 50 subi r30, 0x00 ; 0
82: f0 40 sbci r31, 0x00 ; 0
84: 80 81 ld r24, Z
86: 91 81 ldd r25, Z+1 ; 0x01
88: 80 7f andi r24, 0xF0 ; 240
8a: 90 70 andi r25, 0x00 ; 0
8c: e4 e0 ldi r30, 0x04 ; 4
8e: 96 95 lsr r25
90: 87 95 ror r24
92: ea 95 dec r30
94: 01 f4 brne .+0 ; 0x96 <__vector_21+0x96>
96: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
9a: e0 91 00 00 lds r30, 0x0000
9e: f0 e0 ldi r31, 0x00 ; 0
a0: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
a4: 96 e0 ldi r25, 0x06 ; 6
a6: ee 0f add r30, r30
a8: ff 1f adc r31, r31
aa: 9a 95 dec r25
ac: 01 f4 brne .+0 ; 0xae <__vector_21+0xae>
ae: e8 0f add r30, r24
b0: f1 1d adc r31, r1
b2: ee 0f add r30, r30
b4: ff 1f adc r31, r31
b6: e0 50 subi r30, 0x00 ; 0
b8: f0 40 sbci r31, 0x00 ; 0
ba: 80 81 ld r24, Z
bc: 91 81 ldd r25, Z+1 ; 0x01
be: 8f 70 andi r24, 0x0F ; 15
c0: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
c4: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
c8: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
ca: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
ce: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
d2: 8f 5f subi r24, 0xFF ; 255
d4: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
d8: 10 92 00 00 sts 0x0000, r1
dc: 00 c0 rjmp .+0 ; 0xde <__vector_21+0xde>
de: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
e2: 8e 7f andi r24, 0xFE ; 254
e4: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
e8: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
ec: 80 34 cpi r24, 0x40 ; 64
ee: 01 f4 brne .+0 ; 0xf0 <__vector_21+0xf0>
f0: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
f4: 8f 5f subi r24, 0xFF ; 255
f6: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
fa: 10 92 00 00 sts 0x0000, r1
fe: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
102: 80 61 ori r24, 0x10 ; 16
104: 00 c0 rjmp .+0 ; 0x106 <__vector_21+0x106>
106: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
10a: 8f 7e andi r24, 0xEF ; 239
10c: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
110: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
114: 88 30 cpi r24, 0x08 ; 8
116: 01 f4 brne .+0 ; 0x118 <__vector_21+0x118>
118: 10 92 00 00 sts 0x0000, r1
11c: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
120: 8f 5f subi r24, 0xFF ; 255
122: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
126: 90 91 00 00 lds r25, 0x0000
12a: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
12e: 98 17 cp r25, r24
130: 01 f4 brne .+0 ; 0x132 <__vector_21+0x132>
132: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
136: 84 60 ori r24, 0x04 ; 4
138: 00 c0 rjmp .+0 ; 0x13a <__vector_21+0x13a>
13a: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
13e: 8b 7f andi r24, 0xFB ; 251
140: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
144: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
148: 8f 5f subi r24, 0xFF ; 255
14a: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
14e: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
152: 80 31 cpi r24, 0x10 ; 16
154: 01 f4 brne .+0 ; 0x156 <__vector_21+0x156>
156: 10 92 00 00 sts 0x0000, r1
15a: 90 91 00 00 lds r25, 0x0000
15e: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
162: 98 17 cp r25, r24
164: 00 f0 brcs .+0 ; 0x166 <__vector_21+0x166>
166: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
16a: 80 68 ori r24, 0x80 ; 128
16c: 00 c0 rjmp .+0 ; 0x16e <__vector_21+0x16e>
16e: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
172: 8f 77 andi r24, 0x7F ; 127
174: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
178: 90 91 00 00 lds r25, 0x0000
17c: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
180: 98 17 cp r25, r24
182: 00 f0 brcs .+0 ; 0x184 <__vector_21+0x184>
184: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
188: 80 64 ori r24, 0x40 ; 64
18a: 00 c0 rjmp .+0 ; 0x18c <__vector_21+0x18c>
18c: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
190: 8f 7b andi r24, 0xBF ; 191
192: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
196: 90 91 00 00 lds r25, 0x0000
19a: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
19e: 98 17 cp r25, r24
1a0: 00 f0 brcs .+0 ; 0x1a2 <__vector_21+0x1a2>
1a2: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
1a6: 80 62 ori r24, 0x20 ; 32
1a8: 00 c0 rjmp .+0 ; 0x1aa <__vector_21+0x1aa>
1aa: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
1ae: 8f 7d andi r24, 0xDF ; 223
1b0: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24
1b4: 29 9a sbi 0x05, 1 ; 5
1b6: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
1ba: 85 b9 out 0x05, r24 ; 5
1bc: 80 91 00 00 lds r24, 0x0000
1c0: 8b b9 out 0x0b, r24 ; 11
1c2: ff 91 pop r31
1c4: ef 91 pop r30
1c6: 9f 91 pop r25
1c8: 8f 91 pop r24
1ca: 0f 90 pop r0
1cc: 0b be out 0x3b, r0 ; 59
1ce: 0f 90 pop r0
1d0: 0f be out 0x3f, r0 ; 63
1d2: 0f 90 pop r0
1d4: 1f 90 pop r1
1d6: 18 95 reti


Ja.... viel .... sehr viel...
Assemblerkenntinisse hab ich - jedoch sehr schlechte würde ich behaupten, da das schon ein paar Semester zurückliegt

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Knutwurst am  5 Jul 2010 15:08 ]

BID = 700256

DonComi

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Stimmt, habe den Titel überlesen

Also, ich möchte mal behaupten, dass man das für sechszig Zyklen schaffen kann - acht: keine Chance.

Wenn du schonmal direkt in ASM programmiert hast, ist dir das ja nicht ganz fremd.

Schau mal ins Datenblatt, dort stehen alle Mnemonics drin. Wie du das mit deinem C-Programm verlinken kannst, schreib ich dir dann später.


Ich muss ins Bett - bin auch seit drei Tagen dabei, noch die Programme für Informatik fertig zu bekommen .
Hab sie vor fünf Minuten abgeschickt, und brauche jetzt Pause.

_________________

BID = 700751

Knutwurst

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Zitat :
DonComi hat am  5 Jul 2010 16:22 geschrieben :

Stimmt, habe den Titel überlesen

Kann jedem mal passieren


Zitat :

Also, ich möchte mal behaupten, dass man das für sechszig Zyklen schaffen kann - acht: keine Chance.

Woah... ganz vergessen wie hässlich Assembler doch ist... aber ich habs soweit. Leider brauch ich selbst ohne wegsichern der Register noch zu lange. Ich schätze ein einzelner 16Mhz µC ist für 512 RGB LEDs einfach zu schwach.

Jetzt verwerfe ich diesen Ansatz (Hauptplatine ist sowieso noch nicht fertig, und das Design habe ich schon geändert) und hab jetzt ein neues Design für insgesamt 9 Mikrocontroller, die sich die Arbeit teilen. Der AT90USB übernimmt dann nur noch die Kommunikation über USB und das Routing zwischen den einzelnen µCs ...

Jetzt meine neue Frage:

Ich möchte 8 weitere ATMEGA164P-20AU-ND verwenden, die sich jeweils dann nur um 64 LEDs samt PWM kümmern müssen. Der von Atmel angegebene nominaltakt liegt bei 20Mhz.... kann ich diese Controller auch schneller betreiben? 24...25Mhz? Oder ist der interne RAM zu langsam?


Zitat :

Ich muss ins Bett - bin auch seit drei Tagen dabei, noch die Programme für Informatik fertig zu bekommen .

Lass mich raten... du studierst auch Informatik/Technische Informatik o.ä. und steckst gerade in den Klausurwochen?


Viele Grüße
Knutwurst

BID = 700771

Nukeman

Schriftsteller



Beiträge: 754
Wohnort: bei Kleve

Ich hab hier einen Attiny2313 auf 24MHz laufen, macht überhaupt keine
Probleme.
Wenn es ein Einzelprojekt ist, kann man vielleicht die Bausteine etwas
selektieren.
Besser wär aber schon, wenn der Ansatz es hergeben würde, dass Du sie
nicht übertakten brauchst. Oft steigt die Peripherie dann irgendwann
aus ( Flash, E2, ADC etc ).

Wie wolltest Du die Ausgänge denn designen? 8x8Bit Latches?
Wieviele PWM-Abstufungen sollen realisiert werden? Das hat ja auch
nochmal ordentlichen Einfluss auf die resultierende PWM-Frequenz.

Gruß
Stefan

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Knutwurst

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Na das klingt doch vielversprechend! Jetzt müsste ich eigentlich nur testen, ob meine atmega164 das auch mitmachen... Theoretisch kann ich ja auch einfach mehere Sätze Quarze mitbestellen - das lohnt nur nicht, wenn es schon vorher völlig aussichtslos wäre.


Zitat :
Wie wolltest Du die Ausgänge denn designen? 8x8Bit Latches?
Wieviele PWM-Abstufungen sollen realisiert werden?

Ich verwende 4x16Bit (x8 Ebenen) Konstantstrom LED-Treiber, welche immer die Kathode gegen Masse ziehen. Anode wird zusammen über 3 Mosfets per 3x4Bit PWM angesteuert.

Vielen Dank für dir bisher zahlreichen und kompetenten Antworten. Ich werd jetzt ins Bett gehen... wünsche euch noch einen schönen Abend!


Gruß
Knutwurst

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Knutwurst am  8 Jul 2010 21:57 ]

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Knutwurst

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hmmm... ich beantworte mich mal selbst: Ich machs! Hab einfach mal n satz 20 und 24Mhz Quarze bestellt.

Jetzt hab ich aber noch ne Frage, die eigentlich wieder nicht zum Thema gehört:

Ich hab in AVR042 auf Seite 7 gelesen, dass es möglich ist, eine JTAG Daisychain aufzubauen. Natürlich steht da nichts darüber, ob das mit meinen Controllern auch geht, und ob ich dann auch noch jeden einzelnen debuggen kann... oder sogar gleichzeitig? Brauche ich Jumper zum auswählen der einzelnen Chips oder geht das in einem Rutsch?

Mein Programmer ist ein JTAGICE MKII in Verbindung mit AVR Studio. Software kann man ändern - einen anderen Programmer bekomme ich aber nicht so einfach.


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