パフォーマンスの比較

シミュレーションの実行時間がコード生成に必要な時間を超える場合、ノーマルモードに比べて、アクセラレータおよびラピッドアクセラレータのシミュレーションモードの方が速度が向上します。一般に、アクセラレータモードおよびラピッドアクセラレータモードでは、シミュレーションの実行時間が数分以上のときにノーマルモードよりもパフォーマンスが高くなります。ただし、Stateflow^® または MATLAB Function ブロックの数が多いモデルでは、ノーマルモードに比べてわずかな速度向上しか見られないことがあります。これは、ノーマルモードでは、これらのブロックはコード生成を通してシミュレーションを実行するからです。

モデルに調整可能なパラメーターを含めた場合も、シミュレーション時間が長くなります。

次の図は、一般論として、仮想モデルにおけるノーマルモード、アクセラレータモード、およびラピッドアクセラレータモードのシミュレーションの相対的なパフォーマンスを示したものです。

ターゲットのリビルドが必要な場合のパフォーマンス

図の実線 ("all targets out of date"「すべてのターゲットが無効」というラベル) は、ターゲットコードをリビルドしなければならない場合のパフォーマンスを示しています。この仮想モデルの場合、時間スケールは数分ほどです。一方、より複雑なモデルでは、時間スケールがさらに長くなることがあります。

一般に、ノーマルモードでモデルをコンパイルするのに必要な時間は、アクセラレータターゲットまたはラピッドアクセラレータ実行可能ファイルをビルドする時間より短くなります。シミュレーションの終了時間が小さい場合、ノーマルモードの方がアクセラレータモードまたはラピッドアクセラレータモードに比べて全体のシミュレーションが速くなります。

アクセラレータモードまたはラピッドアクセラレータモードの方が全体のシミュレーションが速くなる交差ポイントは、モデルの複雑度と内容に依存します。たとえば、インタープリター型コードを使用するブロックが多数含まれているモデルでは、シミュレーションの終了時間が非常に大きい場合を除き、アクセラレータモードでもノーマルモードの実行速度と大差がないことがあります。詳細については、アクセラレータモード用のブロックの選択を参照してください。同様に、Stateflow チャートまたは MATLAB Function ブロックが多数含まれているモデルでは、シミュレーションの終了時間が大きい場合を除き、ノーマルモードと比べてさほど大きな速度の向上は見られない可能性があります。Stateflow または MATLAB Function ブロックを含むモデルのシミュレーションは、コード生成を通じて高速化できます。

この図では、多数の Stateflow チャートまたは MATLAB Function ブロックを含むモデルを表しています。"Normal"「ノーマル」というラベルの曲線は、モデルにこれらのブロックが含まれていなければ、初期経過時間がこれよりずっと小さくなります。

ターゲットが最新の場合のパフォーマンス

図の破線 ("all targets up to date"「すべてのターゲットが最新」というラベル) が示すように、アクセラレータターゲットまたはラピッドアクセラレータ実行可能ファイルが最新かどうかを判別する時間は、実線 ("all targets out of date"「すべてのターゲットが無効」というラベル) で示されたコード生成にかかる時間より大幅に短くなります。さまざまな設計のトレードオフをテストするときには、この特性を利用できます。

たとえば、アクセラレータモードターゲットを一度生成し、それを使用して一連のゲイン設定でモデルをシミュレーションできます。この種の変更はターゲットコードの再生成を引き起こさないため、この方法はアクセラレータモードまたはラピッドアクセラレータモードに特に効果的です。モデルの初回実行時にターゲットコードが生成され、以降の実行ではソフトウェアでターゲットが最新かどうかを確認するのに必要な時間しかかかりません。このプロセスはコードの実行より速いので、以降の実行は初回の実行より大幅に高速化されることがあります。

ターゲットのチェックはコードの生成より速いため、コードを生成しなければならない場合よりもターゲットが最新の場合に、交差ポイントが小さくなります。モデルの以降の実行では、終了時間が小さい場合でも、ノーマルモードに比べてアクセラレータモードまたはラピッドアクセラレータモードの方がシミュレーションが速くなる可能性があります。

シミュレーションモードのパフォーマンスの解析

ライブスクリプトを開く

モデルのシミュレーションにアクセラレータモードまたはラピッドアクセラレータモードを使用する効果を確認するために、同等のシミュレーションを異なるシミュレーションモードで実行できます。結果をシミュレーションメタデータを含む単一の Simulink.SimulationOutput オブジェクトとして返す方法でモデルをシミュレートします。これにより、シミュレーションごとにシミュレーションメタデータで取得されるタイミング情報を検査し、各シミュレーションモードのパフォーマンスを解析できます。

この例では、Simulink.SimulationInput オブジェクトを使用して、モデル sldemo_fuelsys の 3 つのシミュレーションに使用するモデルパラメーター値を構成します。モデルの詳細については、フォールトトレラント燃料制御システムのモデル化を参照してください。

model = "sldemo_fuelsys";

ベースラインのシミュレーションを構成するために、Simulink.SimulationInput オブジェクトを作成します。

simIn = Simulink.SimulationInput(model);

SimulationInput オブジェクトには、シミュレーションで使用するパラメーターの値が格納されます。オブジェクトのパラメーター値はシミュレーションに適用され、シミュレーションの終了時に元に戻されるため、モデルは変更されません。

終了時間は 10000 に設定します。シミュレーションモードを Normal に設定します。

simIn = setModelParameter(simIn,"StopTime","10000");
simIn = setModelParameter(simIn,"SimulationMode","normal");

ベースラインのタイミング情報を取得するために、モデルをシミュレートします。

simOut = sim(simIn);

このシミュレーションでは、結果がすべてのログデータおよびシミュレーションメタデータを含む単一の Simulink.SimulationOutput オブジェクトとして返されます。メタデータは、タイミング情報を含む構造体 TimingInfo など、シミュレーションに関する情報を含む Simulink.SimulationMetadata オブジェクトとして格納されています。

normalMode = simOut.SimulationMetadata.TimingInfo;

タイミング情報から、シミュレーションの初期化時間、実行時間、および合計経過時間を抽出します。

normalInit = normalMode.InitializationElapsedWallTime;
normalExec = normalMode.ExecutionElapsedWallTime;
normalTotal = normalMode.TotalElapsedWallTime;

ラピッドアクセラレータモードを使用してモデルを再度シミュレートします。モデルをラピッドアクセラレータモードで初めてシミュレートするときは、初期化フェーズでラピッドアクセラレータターゲットがビルドされます。

simIn = setModelParameter(simIn,"SimulationMode","rapid");
simOut = sim(simIn);

### Building the rapid accelerator target for model: sldemo_fuelsys
### Successfully built the rapid accelerator target for model: sldemo_fuelsys

Build Summary

Top model rapid accelerator targets built:

Model           Action                        Rebuild Reason                                    
================================================================================================
sldemo_fuelsys  Code generated and compiled.  Code generation information file does not exist.  

1 of 1 models built (0 models already up to date)
Build duration: 0h 0m 38.279s

初回のラピッドアクセラレータシミュレーションのタイミング情報にアクセスします。その後、シミュレーションの初期化時間、実行時間、および合計経過時間を抽出します。

rapidAccel = simOut.SimulationMetadata.TimingInfo;
rapidBuildInit = rapidAccel.InitializationElapsedWallTime;
rapidBuildExec = rapidAccel.ExecutionElapsedWallTime;
rapidBuildTotal = rapidAccel.TotalElapsedWallTime;

ラピッドアクセラレータターゲットをシミュレーションでビルドしない場合のラピッドアクセラレータモードの利点を確認するために、もう一度シミュレーションを実行します。

simOut = sim(simIn);

Build Summary

0 of 1 models built (1 models already up to date)
Build duration: 0h 0m 2.684s

ターゲットをビルドせずに実行したラピッドアクセラレータシミュレーションのタイミング情報にアクセスします。その後、シミュレーションの初期化時間、実行時間、および合計経過時間を抽出します。

rapidAccelNoRebuild = simOut.SimulationMetadata.TimingInfo;
rapidInit = rapidAccelNoRebuild.InitializationElapsedWallTime;
rapidExec = rapidAccelNoRebuild.ExecutionElapsedWallTime;
rapidTotal = rapidAccelNoRebuild.TotalElapsedWallTime;

各シミュレーションのタイミングを比較する table を作成します。

InitializationTime = [normalInit;rapidBuildInit;rapidInit];
ExecutionTime = [normalExec;rapidBuildExec;rapidExec];
TotalSimulationTime = [normalTotal;rapidBuildTotal;rapidTotal];

simNames = ["Normal Mode";"Rapid Accelerator";"Rapid Accelerator No Rebuild"];
timingTable = table(TotalSimulationTime,InitializationTime, ...
    ExecutionTime,RowNames=simNames);

初回のラピッドアクセラレータシミュレーションでは、初期化フェーズでラピッドアクセラレータターゲットがビルドされるため、初期化時間が長くなっています。このモデルおよびシミュレーション期間では、ラピッドアクセラレータモードを使用することで実行時間が大幅に短縮され、初回のラピッドアクセラレータシミュレーションでもノーマルモードを使用する場合に比べて速くなっています。

timingTable

timingTable=3×3 table
                                    TotalSimulationTime    InitializationTime    ExecutionTime
                                    ___________________    __________________    _____________

    Normal Mode                           108.91                 12.411             96.437    
    Rapid Accelerator                      68.44                 40.962             26.152    
    Rapid Accelerator No Rebuild          17.403                  3.387             13.886

参考

Simulink.SimulationInput | Simulink.SimulationOutput