SH-2A 基板 (3)
CQ-FRK-SH2A 基板用の FM 音源プログラム「TGSH2A」で何とか音が出るようになりました。
まだ現在は、基板単体に SPDIF 出力用として TOSLINK の送信モジュール (TOTX178A) を付けただけなので、MIDI 入力はできず、内蔵シーケンサーでデモ曲を演奏するだけです。
プログラム/データとも、すべてを大容量内蔵 RAM 上に置く設定で、高速 RAM は使っていませんが、音が出始めた当初は CPU クロック 144 MHz なのに遅いという印象を持ちました。
キャッシュを有効にすると、大きく改善され、48 kHz サンプリングで同時発音数 16 を実現できました。
その一方で、キャッシュによるトラブルもあったのですが、これは後で述べます。
まず、クロック動作モードと、各種のクロック周波数の表を、最高速のものだけを集めると下のようになります。
| クロック 動作 モード |
FRQCR レジスタ 設定値 |
入力 クロック |
内部 クロック (Iφ) |
バス クロック (Bφ) |
周辺 クロック (Pφ) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | H'x104 | 48 MHz | 144 MHz | 48 MHz | 24 MHz |
| 2 | H'x003 | 18 MHz | 144 MHz | 72 MHz | 36 MHz |
| 3 | H'x003 | 48 MHz | 128 MHz | 64 MHz | 32 MHz |
クロック動作モードは基板上のジャンパ設定で変更できます。
クロック動作モード「1」がデフォルトの状態で、USB クロックの 48 MHz を入力クロックとして各種クロックが生成されます。
表のように、FRQCR に 0x0104 を書き込めば最高速の 144 MHz の CPU クロックの設定になりますが、大容量内蔵 RAM などのアクセスに使われるバスクロックは 48 MHz と低く、タイマ等の周辺クロックも 24 MHz と低い設定になります。
クロック動作モード「2」は最高速のモードとなりますが、システムクロック用の 18 MHz 水晶振動子を実装する必要があります。
PWM 等の応用で、できるだけ高い周辺クロックが必要で、18 MHz クリスタルは実装したくない場合には、クロック動作モード「3」がいいかも知れません。
CPU クロックは 128 MHz と最高速にはなりませんが、バスクロック 64 MHz、周辺クロック 32 MHz が得られます。
ここでは何も手を加えず、クロック動作モード「1」で FRQCR に 0x0104 を書き込んで動作させています。
この状態では、12 kHz サンプリングで同時発音数 7 程度から出力にノイズが乗りはじめ、処理能力としては 20 MHz クロックの V850 と同レベルという結果になりました。
これでは、あまりにも納得がいかないので調べてみると、デフォルトではキャッシュは OFF になっていることが分かりました。
そこでキャッシュの設定を ON にして試すと性能が向上し、オペランド・キャッシュがライトバック方式の設定では、48 kHz サンプリングでも同時発音数 16 を実現できました。
現在の FM 音源プログラムでは、同時発音数 16 までしか扱えないので、性能の指標として、同時発音数 16 の設定での CPU 負荷率の表を下に示します。
| サンプリング 周波数 |
48 kHz | 32 kHz | 24 kHz | 16 kHz | 12 kHz |
|---|---|---|---|---|---|
| CPU 負荷率 (ライトバック) |
78 % | 54 % | 41 % | 29 % | 22 % |
| CPU 負荷率 (ライトスルー) |
71 % (poly=7) |
72 % (poly=10) |
73 % (poly=14) |
60 % | 46 % |
(poly=) が記されていないところは同時発音数 16 の場合です。
これは同時発音数 3 のデモ曲データの演奏時のものなので、実際に 16 音を同時に発音する場合には負荷率が上がる可能性があります。
ライトスルー方式での性能は、ライトバック方式での性能の約 1/2 になっています。
しかし、ライトバックの設定では、コンパイル/ダウンロード/実行というサイクルを繰り返す場合に問題が生じました。
それは、ソースを修正してコンパイル/ダウンロード/実行しても、修正部分が反映されなかったり、プログラムがうまく実行されないという症状です。
もちろん、いったんデバッガを「接続解除」して、SH-2A 基板を USB から外し、電源オフの状態から再度接続してやり直せば問題ないのですが、それではあまりにも面倒です。
これは、ライトバック・キャッシュに残ったデータが悪さをしているのではないかと思い、「SH-2A キャッシュ」でググると、ルネサスの Web ページ上の e-ラーニングのコースがヒットし、そのサンプル・プログラムのオペランド・キャッシュをパージする関数を実装してみたところ、うまく動作するようになりました。
そのあたりの話は次回に回します。
