Grundlagen

Profiling ist ein Verfahren in der Softwareentwicklung und -optimierung und bezieht sich auf den Prozess der Analyse einer Softwareanwendung, um verschiedene Aspekte ihrer Ausführung zu verstehen wie z.B. die Dauer von Funktionsaufrufen. Ziel des Profilings ist es, Leistungsengpässe, ineffizienten Code und unerwartete Verhaltensweisen zu identifizieren, um die Performance und Effizienz der Anwendung zu verbessern.

Für den TwinCAT 3 PLC Profiler wird das Messprinzip “Instrumentieren“ verwendet, bei dem spezifische Marken (Eintritts- und Austrittsmethoden) in den Code eingefügt werden, um die Ausführungszeiten einzelner Bausteine oder Code-Segmente zu messen. Einer der größten Vorteile liegt in den detaillierten Einblicken, die das Verfahren bietet. Es ermöglicht die genaue Messung von Ausführungszeiten und der Häufigkeit von Aufrufen jedes einzelnen Bausteins innerhalb des Programms. Diese Präzision in der Messung ist unerlässlich, um zu verstehen, wie sich der Code verhält und wo möglicherweise Verbesserungspotenzial liegt.

Zudem spielt die Optimierung eine wesentliche Rolle. Durch die gewonnenen Einblicke ist es möglich, Performance-Engpässe nicht nur zu identifizieren, sondern auch gezielt anzugehen und zu beheben. Dies führt zu einer verbesserten Effizienz und Leistung der Anwendung, was besonders in zeitsensitiven und ressourcenbeschränkten Umgebungen von großer Bedeutung ist. Allerdings gibt es auch wichtige Aspekte zu berücksichtigen, die Einfluss auf die Ergebnisse und ihre Interpretation haben können. Zum einen führen die Messmarken, die im Code platziert werden, zu einer zusätzlichen Belastung des Systems. Dies kann die realen Ausführungszeiten beeinflussen und sollte bei der Analyse der Messergebnisse bedacht werden. Zum anderen kann es zu einer ungewollten Gewichtung kommen: Bereiche des Codes, die mit vielen Messmarken versehen sind, könnten in der Analyse überrepräsentiert erscheinen, da die Messmethoden selbst Zeit in Anspruch nehmen. Dieser Effekt muss bei der Auswertung der Daten berücksichtigt werden, um eine genaue Interpretation der Leistung des Codes zu gewährleisten.

In der weiterführenden Anwendung des TwinCAT 3 PLC Profilers sind verschiedene Herausforderungen zu beachten, die aus der Komplexität und Dynamik moderner SPS-Systeme resultieren. Die Variabilität der Messwerte zwischen den Zyklen, verursacht durch dynamische CPU-Taktung und andere Faktoren, stellt eine solche Herausforderung dar. Obwohl Maßnahmen wie die Verwendung isolierter Kerne oder die Deaktivierung von Stromsparmechanismen die Variabilität reduzieren können, bleibt sie ein Aspekt, der die Interpretation der Profiling-Ergebnisse beeinflusst.

Zusätzlich kann die Implementierung des Trace-Verfahrens, bei dem der gesamte Aufrufbaum in jedem Zyklus gemessen wird, zu einer Erhöhung der Echtzeitauslastung führen, was die Leistungsfähigkeit des Systems beeinträchtigen kann. Ein weiterer Punkt ist die Erhöhung der Netzwerkauslastung durch die Übertragung der Messwerte über ADS, besonders bei hoher Informationsdichte. Diese Zunahme des Netzwerkverkehrs muss bei der Planung von Profiling-Aktivitäten berücksichtigt werden.

Durch ein sorgfältiges Vorgehen können Entwickler wertvolle Einblicke in die Leistung ihrer Anwendungen gewinnen und gezielte Optimierungen vornehmen, um die Effizienz und Zuverlässigkeit ihrer Systeme zu verbessern.