１ループでの時間制御限界

[ニックS]

現在LabVIEWを使って高速制御を行いたいと考えております。

しかし、以前調べた際に１ループでの時間制御は1msecが限界との記述がありました。

LabVIEWで１msecより早い時間の正確な時間制御をできないのでしょうか？

なにか、方法がありましたら、お願いします。

また、もし時間の指定を外した状態でループを回すと

もっとも軽い演算（一回の足し算等）で何secのスピードで処理するのでしょうか？

時間を表示させていると、1msec以下で処理しているように見えるので。

LabVIEWは8.6を使用しています。

初心者でもうしわけありませんが、

よろしくお願いします。

[M.Shiraishi · Accepted solution]

「１ループでの時間制御は1msecが限界」というよりも、「LabVIEWで計測可能な時間単位が1msec」

ということなので、1回の足し算とか、軽いループの回る時間などは、1msecよりはるかに短いです。

私のマシンの場合ですが、空っぽのForループの1回分の時間は、10～11nsec（ナノ秒）くらいでした。

ただし、明示した時間単位で制御しようとすると、「次のミリ秒まで待機(Wait Until Next Millisec)」関数などを

使うことになるので、どうしてもその最小単位の1msec単位での処理になってしまいます。計測する時間差も

1msecなので、みかけのばらつきも（量子化誤差）も1msec単位で生じてしまいます。

（つまり、ほんとは一定速度だとしても、20msec、21msec、20msec、・・・と1msec単位でばらついて見えたり）

さて、1msec以下でループの回る速度を制御する方法ですが、APIのQueryPerformanceCounter()と

QueryPerformanceFrequency()を使うと、一応、最小制御時間単位として1μsec（マイクロ秒）以下にすることもできます。

添付に4つのサンプルと、上記の基本APIを含むllb、およびいくつかのdllを付けました。ただし、ver.6です。

100806-sample1-(Comparison).vi

　　LabVIEWの(1)Wait Until Next Millisec関数、(2)Wait関数、および(3)APIのQueryPerformanceCounter()を

　　使った1秒単位のループの比較をしています。ジッタが少ないのは(3)ですが、ほかに走っているプロセスの

　　負荷にも依存するのでご注意ください。

100806-sample2-(LoopExecVariance).vi

　　10000回のForループの個々のループの時間差をグラフに表し、ヒストグラムも表示します。

　　他のプロセスの負荷の影響を受けるなどで、10000回のうちに回る速度が変化しているようです。

100806-sample3-(EmptyLoopExec).vi

　　空っぽのForを100万回まわし、その前後の時間差から空のループ1回分の平均時間を計算します。

　　LabVIEWの関数ではミリ秒単位なので、あまり精度よく測れませんが、API関数を使うと

　　数1000～10000倍以上の精度で計測可能です。

　　（実行すると値がパラパラ変わるのは、「100万回のループ」をさらに何度も繰り返しているため）

100806-sample4-(0.25msecLoop).vi

　　0.25msec（250μsec）単位でループを回しています。実際の時間差も表示しているので、0.25msec単位で

　　回っていることがわかると思います。

　　数値上は、1usecとかも指定できますが、ループ内の処理の合計がそれを上回れば、当然1usecでは回せません。

　　実際、カウント値を読み出すオーバーヘッドだけでsample2のように数10μ秒はかかるようなので、

　　100usecくらいが安定して回せる限界かも知れません。

QueryPerformance.llb

　　APIのQueryPerformanceCounter()とQueryPerformanceFrequency()を呼んでいるllbです。

　　なお、これらのAPI関数にはクセがあるらしく、オーバークロックや、動作中に動的にクロックを変化させるようなものでは、

　　きちんと測れないこともあるらしいです。そういう場合は、別途LabVIEWのタイマ関数などで「1秒」のカウント値を

　　数えておき、自分で校正する、という手もあります。

SmallTick.dll

　　マイクロ秒単位のWait（Wait Until Next Usec）を提供する簡易的な自作のdllです。

　　sample1とsample4で使っています。

　　なお、これらの呼び出しに「U32が2個」のクラスタをつないでいますが、これは、LabVIEW7.1以下では

　　64ビット整数が使えないためで、LabVIEW8以上では、64ビット整数が使えると思いますので

　　Call Library Functionにつながっているクラスタは、すべて64ビット整数をつなげばOKと思います。

Int64.dll

　　64ビット整数を演算するための簡易的な自作dllです。LabVIEW8以上は、普通に64ビット整数で演算して下さい。

（同時にたくさん添付できないようなので、いくつかに分割して投稿します）

ただ、基本的に実行速度はWindows起因でいくらでも変わってしまうので、たとえば0.25msecでループを

回すように書いた場合、処理が軽ければだいたいば0.25msecで回ってくれますが、他のプロセスが重くなると

すぐ遅延が生じますので（これは普通に待機関数を使った場合も同じ）、その点はもともと保証されていないことを

ご了承ください。上記はあくまで1msec以下の計測と制御を試みた例ということで。

[M.Shiraishi]

添付の追加分です。

[M.Shiraishi]

・・・・よく考えたら、初めから7つのファイルを1つのzipにして添付すれば良かったですね。。。

（蛇足ながら）

[xyzz]

M.Shiraishi　様

ナイス突込み。

いつも勉強になります。有難うございます。

[ニックS]

M.Shiraishi　様

助かりました。

ありがとうございます。

こんなAPIがあったのですね。

勉強になりました。

また、機会がありましたら御教授ねがいます。

ありがとうございました。

[M.Shiraishi]

xyzz様、ニックS様

　どうもありがとうございます。

なお、SmallTick.dllですが、一応、どう実装したかソースを書いておきます。たいしたものではございませんが・・・

---

SmallTick.cpp

#include <stdio.h>

#include <windows.h>

__declspec(dllexport) void _stdcall WaitUntilNextUsec(unsigned long Usec,LARGE_INTEGER *Tick);
__declspec(dllexport) double _stdcall PerformanceFrequencyInfo(LARGE_INTEGER *Frequency);

void _stdcall WaitUntilNextUsec(unsigned long Usec,LARGE_INTEGER *Tick)
{
    long long Count,Quot;
    LARGE_INTEGER Frequency;

    QueryPerformanceFrequency(&Frequency);
    Count=(*(long long *)(&Frequency))*Usec/1000000; // Frequency*Usec/1000000  指定時間内のカウント

    QueryPerformanceCounter(Tick);
    Quot=(*(long long *)Tick)/Count;
    do {
        QueryPerformanceCounter(Tick);
    } while((*(long long *)Tick)/Count==Quot);
    return;
}

double _stdcall PerformanceFrequencyInfo(LARGE_INTEGER *Frequency)
{
    QueryPerformanceFrequency(Frequency);
    return((*(long long *)Frequency)*((double)1.0)); // [Hz]
}

---

WaitUntilNextUsec() は、第1引数でusec単位の待機時間を入力し、第2引数に待機完了時のカウント値（64bit）を返します。

（入力が待機時間、出力が待機後のTick値なのは、標準の Wait や WaitUntilNextMillisec と同様のつくり）

中身の do ... while 文は、CPUに負荷をかけるかも知れません。

実際、この関数を繰り返し呼ぶと、私のPCはファンの音が大きくなるような・・・使いすぎてPCが壊れてもいけないので念のため。

（うまく負荷を回避しつつ、精度を維持できる書き方があれば知りたい）

関数内のローカル変数 Frequency は、引数の *Tick の領域で代用可能で、わずかにメモリ節約します。

PerformanceFrequencyInfo() のほうは、単に QueryPerformanceFrequency() が返す64bitの「1秒あたりカウント数」を、

64bit整数と double の両方で返します。[Hz]単位の数値で簡便に扱いたい場合に使います。

double は64bit整数のすべては扱えませんが（bit数が同じなので）、QueryPerformanceFrequency() が返す値は

そんなに大きくないので（まず32bitに収まっているので）、doubleで返して、以降の扱いがしやすいようにしています。

以上、ご参考下さい。

[ニックS]

M.Shiraishi様

本当に詳しくありがとうございます。

ぜひ参考にします。

ちょうど最近winAPIをかじっり初めたところなので

ちょうど上記に非常に興味をもっておりました。

ソースコードまで教えていただき

しっかり勉強させていただきます。

ありがとうございます。

[ニックS]

重複投稿のため削除しました。