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Arduino UNO R4 MINIMAの性能を測定してみた

◆まえがき
遅まきながら Arduino UNO R4 MINIMA を買いました。買ったと言っても中華な互換品なのであまり偉そうな顔は出来ませんが、実際にいじってみるとこの CPU は面白いです。そんなことで、私なりに気になった部分を調べてみたいと思います。

なお、この調査はまだ続いているのですが、とりあえず現時点で判っていることを順に記事でまとめて行きたいと思います。
そんなことで、初回の記事は CPU の速度測定です。

◆調査した基板
Arduino UNO R4 MINIMA の互換品です
購入したR4
・購入した AliExpress のサイト
AliEXのUNO R4
サイトのURLはこちら→https://ja.aliexpress.com/item/1005006381146647.html(いつまでこのURLが存在するかどうかは不明)

純正の MINIMA は値段が高いので AliExpress で互換品を買いました。AliExpress でも結構な値段が付いているのですが、その中でほぼ最安値の商品を買ってみました。なお、Arduino の純正品はこれまでいろいろ買っているので充分にお布施はしてます。

・付いていたCPU
R4のCPU
マーキングは R7FA4M1AB3CFM でした。判り易く言うとルネサスの RA4M1 の64ピンQFPです。ボードが安かったのでひょっとしたらアングラな物なのかも知れません。

◆性能測定
CPU の性能を知るために下記で公開している、自作のベンチマークプログラムを走らせてみました。
 ※:マンデルブロベンチマークのページ
なお、安いボードなのでひょっとしたらブートローダーが入っていないかも、と覚悟していたのですが大丈夫でした。

・実行結果
実行結果
赤丸部が測定結果(実行時間)で93890μsでした。

・性能比較表
前記のリンク先の表に測定結果を追記していますが、結果を検討するためにその画面のスクリーンショットを下記に貼っておきます。
結果リスト
23項がR4の測定結果です。
このテストでは、R4はUNO R3の10.8倍の性能ということになります。

◆他サイトの結果
Arduino UNO R4 Minimaの計算能力はどのくらい高いのか!? UNO R3の計算速度と比較をしました!【整数と浮動小数点】(イチケンさん)
似たような数字です。

◆考察や感想など
UNO R4 はUNO R3(ATmega328P) に対し10.8倍の性能でした。R3 より CPUクロックが3倍速く、32ビットCPU で FPU付きなのでもっと速くても良さそうな気がしていました。それにチップの値段も数倍高いです。

そんなことで、個人的にはもっと高い性能を期待していたので、残念な結果でした。ちなみに表に示すように、ESP32 は48倍の性能があります。

今回のプログラムは Arduino IDE で走らせましたが、ソフトは何の修正も必要ありませんでした。チップ固有の機能は使っていないので当然と言えば当然ですが、Arduino の世界の互換性の高さを実感しました。

◆まとめ
まずは CPU の性能を測定してみました。結果はちょっと残念な気がします。ただ、組み込みCPUの価値は実行性能だけでは語れないので、そのあたりは実際に使ってみて判断する必要があると思います。

このベンチマークで測定している実行速度は micros() 関数で取得した値から計算した値になっています。そこで気になるのは micros() が返す値の精度というか、CPUクロック速度との関係です。micros() の値がCPUクロック速度と比例した値を示すものであれば何も問題は無いのですが、もしmicros() の値がCPUクロックとは別の時間軸から供給されていたら話はややこしくなってきます。例えば micros() の変化速度が時計より速ければ、測定される実行時間の数字は大きくなってしまうので性能は低く評価されてしまうことになります。この誤差は僅かな量だと思いますが、R4の時計の精度はかなり悪いという情報があるので気になっています。
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ルネサスの石ってなかなか買えないので、中華コピー品がでるのは
しばらくかかるだろうと思っていたら、もうでているのですね。
勉強になりました。有難うございます。

みかんさん、こんばんは

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