はじめに
ちょっと気になったので動作周波数の違いによる起動時間に違いがあるかなと調査
結果、動作周波数を8MHzと16MHzで確認するとなぜか8MHzの方の起動時間が短かった。
なんで？！
追記）SUTビットを変更して起動待機時間の64msw短縮することができました。
準備
ボードの設定は No bootloader を選択します。
setup()の最後にPB0をONするプログラムを入れてArduinoの起動時間を測定。
※DDRB,PORTB を使っているのは最小時間でポートをONにできます。
結果、8MHz：66ms、16MHz：71msでして8MHzの方が若干早い結果となりました。
ちょっと調査
その１
AVRマイコンのSUTヒューズビットで起動時間遅延の設定ができるということX（ツイッター）のメンバーより教えてもらいました。
Arduinoで8MHz時と16MHzでブートローダの書き込み時に設定されるヒューズビットのHi側とLow側を確認すると以下の様になっていました。
8MHz H:0xFF L:0xE2
16MHz H:0xFF L:0xF1
SUTxxの値をみると、8MHz、16MHzともに+64msの起動時間遅延の設定がされていました。
これはArduino内でパラメータが作られているので変更できませんね・・・
その２
起動時にどういう処理をしているのかちょっと気になって、方法としてはビルドしてできたファイルを逆アセンブルすると何か見えてくるかなと想像。
Arduinoをビルドするとフォルダのどこかにelfファイルができています。
探し方はスケッチのファイル名を全件検索すると見つけられます。
逆アセンブルは、avr-objdump を使用します。
macuser@Mac-mini 1 % /Applications/Arduino.app/Contents/Java/hardware/tools/avr/bin/avr-objdump -S ATTiny85_FunctionDecoderDoNothing.ino.elf > a.txt
ソースを読む
ベクタテーブル部分
起動すると、0番から実行されて、0x30番地にジャンプされます。
00000000 <__vectors>:
0: 17 c0 rjmp .+46 ; 0x30 <__ctors_end>
2: a5 c5 rjmp .+2890 ; 0xb4e <__vector_1>
4: 30 c0 rjmp .+96 ; 0x66 <__bad_interrupt>
6: 2f c0 rjmp .+94 ; 0x66 <__bad_interrupt>
8: 2e c0 rjmp .+92 ; 0x66 <__bad_interrupt>
a: 57 c5 rjmp .+2734 ; 0xaba <__vector_5>
c: 2c c0 rjmp .+88 ; 0x66 <__bad_interrupt>
e: 2b c0 rjmp .+86 ; 0x66 <__bad_interrupt>
10: 2a c0 rjmp .+84 ; 0x66 <__bad_interrupt>
12: 29 c0 rjmp .+82 ; 0x66 <__bad_interrupt>
14: 28 c0 rjmp .+80 ; 0x66 <__bad_interrupt>
16: 27 c0 rjmp .+78 ; 0x66 <__bad_interrupt>
18: 26 c0 rjmp .+76 ; 0x66 <__bad_interrupt>
1a: 25 c0 rjmp .+74 ; 0x66 <__bad_interrupt>
1c: 24 c0 rjmp .+72 ; 0x66 <__bad_interrupt>
0x00から実行されて、まずは0x30にジャンプされます。
62行目あたりで main()がコールされます。
00000030 <__ctors_end>:
30: 11 24 eor r1, r1
32: 1f be out 0x3f, r1 ; 63 $3F SREG - ｽﾃｰﾀｽ ﾚｼﾞｽﾀ
34: cf e5 ldi r28, 0x5F ; 95
36: d2 e0 ldi r29, 0x02 ; 2
38: de bf out 0x3e, r29 ; 62 $3E SPH(SP) - ｽﾀｯｸ ﾎﾟｲﾝﾀ
3a: cd bf out 0x3d, r28 ; 61 $3D SPL(SP) - ｽﾀｯｸ ﾎﾟｲﾝﾀ
0000003c <__do_copy_data>:
3c: 10 e0 ldi r17, 0x00 ; 0
3e: a0 e6 ldi r26, 0x60 ; 96
40: b0 e0 ldi r27, 0x00 ; 0
42: e0 ed ldi r30, 0xD0 ; 208
44: fc e0 ldi r31, 0x0C ; 12
46: 02 c0 rjmp .+4 ; 0x4c <__SREG__+0xd>
48: 05 90 lpm r0, Z+
4a: 0d 92 st X+, r0
4c: a2 37 cpi r26, 0x72 ; 114
4e: b1 07 cpc r27, r17
50: d9 f7 brne .-10 ; 0x48 <__SREG__+0x9>
00000052 <__do_clear_bss>:
52: 20 e0 ldi r18, 0x00 ; 0
54: a2 e7 ldi r26, 0x72 ; 114
56: b0 e0 ldi r27, 0x00 ; 0
58: 01 c0 rjmp .+2 ; 0x5c <.do_clear_bss_start>
0000005a <.do_clear_bss_loop>:
5a: 1d 92 st X+, r1
0000005c <.do_clear_bss_start>:
5c: ad 3c cpi r26, 0xCD ; 205
5e: b2 07 cpc r27, r18
60: e1 f7 brne .-8 ; 0x5a <.do_clear_bss_loop>
62: a2 d5 rcall .+2884 ; 0xba8 <main>
64: 33 c6 rjmp .+3174 ; 0xccc <_exit>
Arduinoにも裏ではこんな感じにmain()関数が存在しています。
#include <Arduino.h>
int main(void)
{
init();
setup();
for (;;)
loop();
return 0;
}
Arduinoのsetup()が呼ばれて、loop()が実行されます。
アセンブラを解読するのはちょっと疲れるので調査終了。
再調査
Arduino総合環境からはSUTの設定は11になっており64msの起動遅延時間が設定されていました。SUT01の(16K+14)×CK+4ms設定をしてみます。
Arduino総合環境からブートローダーを書き込むときに、どの様なコマンドが実行されているか確認できます。
※下記コマンドは環境によって異なりますのでそのままコピペしても動きません。
/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/arduino/tools/avrdude/6.3.0-arduino18/bin/
avrdude -C/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/av
rdude.conf -v -pattiny85 -cstk500v1 -P/dev/cu.usbmodem31201 -b19200 -e -Uefuse:w:
0xFF:m -Uhfuse:w:0b11010110:m -Ulfuse:w:0xF1:m -Uflash:w:/Users/macuser/Library/
Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex:i
-Ulfuse:w:0xF1:m となっている0xF1を0xC1に変更します。
/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/arduino/tools/avrdude/6.3.0-arduino18/bin/
avrdude -C/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/av
rdude.conf -v -pattiny85 -cstk500v1 -P/dev/cu.usbmodem31201 -b19200 -e -Uefuse:w:
0xFF:m -Uhfuse:w:0b11010110:m -Ulfuse:w:0xC1:m -Uflash:w:/Users/macuser/Library/
Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex:i
ターミナルに先ほど0xF1を0xC1に変更したコマンドをコピペしてFuseを書き直します。
macuser@Mac-mini ~ % /Users/macuser/Library/Arduino15/packages/arduino/tools/avrdude/6.3.0-arduino18/bin/avrdude -C/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/avrdude.conf -v -pattiny85 -cstk500v1 -P/dev/cu.usbmodem31201 -b19200 -e -Uefuse:w:0xFF:m -Uhfuse:w:0b11010110:m -Ulfuse:w:0xC1:m -Uflash:w:/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex:i
avrdude: Version 6.3-20201216
Copyright (c) 2000-2005 Brian Dean, http://www.bdmicro.com/
Copyright (c) 2007-2014 Joerg Wunsch
System wide configuration file is "/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/avrdude.conf"
User configuration file is "/Users/macuser/.avrduderc"
User configuration file does not exist or is not a regular file, skipping
Using Port : /dev/cu.usbmodem31201
Using Programmer : stk500v1
Overriding Baud Rate : 19200
Setting bit clk period : 5.0
AVR Part : ATtiny85
Chip Erase delay : 400000 us
PAGEL : P00
BS2 : P00
RESET disposition : possible i/o
RETRY pulse : SCK
serial program mode : yes
parallel program mode : yes
Timeout : 200
StabDelay : 100
CmdexeDelay : 25
SyncLoops : 32
ByteDelay : 0
PollIndex : 3
PollValue : 0x53
Memory Detail :
Block Poll Page Polled
Memory Type Mode Delay Size Indx Paged Size Size #Pages MinW MaxW ReadBack
----------- ---- ----- ----- ---- ------ ------ ---- ------ ----- ----- ---------
eeprom 65 12 4 0 no 512 4 0 4000 4500 0xff 0xff
flash 65 12 32 0 yes 8192 64 128 30000 30000 0xff 0xff
signature 0 0 0 0 no 3 0 0 0 0 0x00 0x00
lock 0 0 0 0 no 1 0 0 9000 9000 0x00 0x00
lfuse 0 0 0 0 no 1 0 0 9000 9000 0x00 0x00
hfuse 0 0 0 0 no 1 0 0 9000 9000 0x00 0x00
efuse 0 0 0 0 no 1 0 0 9000 9000 0x00 0x00
calibration 0 0 0 0 no 2 0 0 0 0 0x00 0x00
Programmer Type : STK500
Description : Atmel STK500 Version 1.x firmware
Hardware Version: 2
Firmware Version: 1.18
Topcard : Unknown
Vtarget : 0.0 V
Varef : 0.0 V
Oscillator : Off
SCK period : 0.1 us
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
Reading | ################################################## | 100% 0.02s
avrdude: Device signature = 0x1e930b (probably t85)
avrdude: safemode: lfuse reads as F1
avrdude: safemode: hfuse reads as D6
avrdude: safemode: efuse reads as FF
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "0xFF"
avrdude: writing efuse (1 bytes):
Writing | ################################################## | 100% 0.01s
avrdude: 1 bytes of efuse written
avrdude: verifying efuse memory against 0xFF:
avrdude: load data efuse data from input file 0xFF:
avrdude: input file 0xFF contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip efuse data:
Reading | ################################################## | 100% 0.01s
avrdude: verifying ...
avrdude: 1 bytes of efuse verified
avrdude: reading input file "0b11010110"
avrdude: writing hfuse (1 bytes):
Writing | ################################################## | 100% 0.01s
avrdude: 1 bytes of hfuse written
avrdude: verifying hfuse memory against 0b11010110:
avrdude: load data hfuse data from input file 0b11010110:
avrdude: input file 0b11010110 contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip hfuse data:
Reading | ################################################## | 100% 0.01s
avrdude: verifying ...
avrdude: 1 bytes of hfuse verified
avrdude: reading input file "0xC1"
avrdude: writing lfuse (1 bytes):
Writing | ################################################## | 100% 0.02s
avrdude: 1 bytes of lfuse written
avrdude: verifying lfuse memory against 0xC1:
avrdude: load data lfuse data from input file 0xC1:
avrdude: input file 0xC1 contains 1 bytes
avrdude: reading on-chip lfuse data:
Reading | ################################################## | 100% 0.01s
avrdude: verifying ...
avrdude: 1 bytes of lfuse verified
avrdude: reading input file "/Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex"
avrdude: writing flash (2 bytes):
Writing | ################################################## | 100% 0.09s
avrdude: 2 bytes of flash written
avrdude: verifying flash memory against /Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex:
avrdude: load data flash data from input file /Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex:
avrdude: input file /Users/macuser/Library/Arduino15/packages/ATTinyCore/hardware/avr/1.5.2/bootloaders/empty/empty_all.hex contains 2 bytes
avrdude: reading on-chip flash data:
Reading | ################################################## | 100% 0.04s
avrdude: verifying ...
avrdude: 2 bytes of flash verified
avrdude: safemode: lfuse reads as C1
avrdude: safemode: hfuse reads as D6
avrdude: safemode: efuse reads as FF
avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:D6, L:C1)
avrdude done. Thank you.
macuser@Mac-mini ~ %
71ms-64ms=7msということで、波形の時間では8msくらいですが、起動が早くなりました！
CH1(黄色) DCC信号、CH2(水色）PB0信号、CH3(桃色） +5V電源