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    2. 博客專欄

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      微處理器CPU性能測試基準(Dhrystone)

      發布人:電子禪石 時間:2023-08-22 來源:工程師 發布文章

      微處理器CPU性能測試基準(Dhrystone)


        大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是微處理器CPU性能測試基準Dhrystone。

        在嵌入式系統行業用于評價CPU性能指標的標準主要有三種:Dhrystone、MIPS、CoreMark,其中Dhrystone是一種古老的卻歷時30年而不衰的嵌入式系統處理器測試基準,至今仍為各大處理器生產廠商所采用。今天痞子衡就和大家詳細聊一聊Dhrystone。

      一、經典性能測試標準集

        在講Dhrystone之前,痞子衡想先給大家簡介一下20世紀70-80年代開始流行的幾個性能測試標準,它們分別是Livermore、Whetstone、Linpack、Dhrystone,這四個性能測試標準也被合稱為Classic Benchmark。這個****簡單介紹了四大經典性能測試標準歷史 http://www.roylongbottom.org.uk/classic.htm。

        細心的朋友應該會注意到Dhrystone與另一標準Whetsone名字有點類似,其實Dhrystone就是為了與算法Whetsone區分而設計的。Whetsone于1972年所開發,主要目的是模仿60個1970年后的程序算法。其最有名的版本為Fortran版,高度反映了60年代數字計算方向。Dhrystone與Whetsone不同之處在于其并不包括浮點運算。

      二、Dhrystone標準

        Dhrystone是由Reinhold P. Weicker在1984年提出來的一個基準測試程序,其主要目的是測試處理器的整數運算和邏輯運算的性能。Dhrystone首先用Ada語言發布,后來Rick Richardson為Unix開發了用C語言編寫的Version 1.1,這個版本也成功的推動了Dhrystone的廣泛應用。
        Dhrystone標準的測試方法很簡單,就是單位時間內跑了多少次Dhrystone程序,其指標單位為DMIPS/MHz。MIPS是Million Instructions Per Second的縮寫,每秒處理的百萬級的機器語言指令數。DMIPS中的D是Dhrystone的縮寫,它表示了在Dhrystone標準的測試方法下的MIPS。
        關于DMIPS有一個不得不注意的點,因為歷史原因我們把在VAX-11/780機器上的測試結果1757 Dhrystones/s定義為1 DMIPS,因此在其他平臺測試到的每秒Dhrystones數應除以1757,才是真正的DMIPS數值,故DMIPS其實表示的是一個相對值。

      2.1 獲取程序

        Dhrystone程序的最新版本是2.1,其實際上于1988年便已停更。Dhrystone并沒有官網,所以想下載其源程序可能會有很多來源,有各種語言版本的實現,以及各種平臺下的移植程序。
        Roy Longbottom,是一個來自英國政府計算機采購部門Central Computer and Telecommunications Agency (CCTA)的職員,他制作了一個PC性能測試結果網站,搜集了很多性能測試程序以及結果,其中便有Dhrystone,我們可以從他的網站下載Dhrystone源碼(C語言版)。

      核心程序下載 http://www.roylongbottom.org.uk/classic_benchmarks.tar.gz

        核心程序包下載后,在\classic_benchmarks\source_code\dhrystone2\下可找到源代碼。詳細文件目錄如下:

      \classic_benchmarks\source_code\dhrystone2
                                                \dhry.h          --關于兼容性的原型定義
                                                \dhry_1.c        --主程序入口
                                                \dhry_2.c        --算法子程序

        如果是移植到ARM Cortex-M平臺下裸系統運行,一般只需要簡單修改dhry.h和dhry_1.c文件即可,Dhrystone本身并沒有太多移植工作,其源碼本是用作在PC上運行的,而在嵌入式系統里運行僅需要把一些文件I/O的相關代碼刪除即可,此外就是計時函數和打印函數的重實現。

      2.2 配置參數

        Dhrystone源碼幾乎沒有提供配置選項,唯一一個能算得上的配置就是關于REG的宏定義,即你所選用的IDE和嵌入式平臺是否支持regiser關鍵字。

      2.3 程序解析

        讓我們嘗試分析Dhrystone主函數入口main:

      void main (int argc, char *argv[]){
                One_Fifty   Int_1_Loc;
          REG   One_Fifty   Int_2_Loc;
                One_Fifty   Int_3_Loc;
          REG   char        Ch_Index;
                Enumeration Enum_Loc;
                Str_30      Str_1_Loc;
                Str_30      Str_2_Loc;
          REG   int         Run_Index;
          REG   int         Number_Of_Runs;          
          int         endit, count = 10;    // ...
      
          // 定義和初始化關鍵buffer
          Next_Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));
          Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));
          Ptr_Glob->Ptr_Comp                    = Next_Ptr_Glob;    
          // ...
      
          // 設置循環跑Dhrystone核心算法程序次數
          Number_Of_Runs = 5000;    do
          {
              Number_Of_Runs = Number_Of_Runs * 2;
              count = count - 1;        
              // 開始循環跑Dhrystone核心算法程序且記錄累計消耗時間
              start_time();        
              for (Run_Index = 1; Run_Index <= Number_Of_Runs; ++Run_Index)
              {
                  Proc_5();
                  Proc_4();            // ...
              }
              end_time();
              User_Time = secs;        
              printf ("%12.0f runs %6.2f seconds \n",(double) Number_Of_Runs, User_Time); 
              
              if (User_Time > 2)
              {
                  count = 0;
              } 
              else
              {    if (User_Time < 0.05)
                  {
                      Number_Of_Runs = Number_Of_Runs * 5;
                  }
              }
          }    
          while (count >0);    // ...
      	// 最終信息的打印
          if (User_Time < Too_Small_Time)
          {
              printf ("Measured time too small to obtain meaningful results\n");
             printf ("Please increase number of runs\n");        
             printf ("\n");
          } 
          else
          {
              Microseconds = User_Time * Mic_secs_Per_Second / (double) Number_Of_Runs;
              Dhrystones_Per_Second = (double) Number_Of_Runs / User_Time;
              Vax_Mips = Dhrystones_Per_Second / 1757.0;        
              printf ("Microseconds for one run through Dhrystone: ");        
              printf ("%12.2lf \n", Microseconds);        
              printf ("Dhrystones per Second:                      "); 
              printf ("%10.0lf \n", Dhrystones_Per_Second);        
              printf ("VAX  MIPS rating =                          ");
              printf ("%12.2lf \n",Vax_Mips);        
              printf ("\n");
      	}    // ...}
      2.4 結果格式

        當移植好Dhrystone程序后,便可以開始跑起來了,下面是一個主頻100MHz的Pentium處理器跑分結果:

       Dhrystone Benchmark  Version 2.1 (Language: C)
      
       Final values:
      
       Int_Glob:      O.K.  5
       Bool_Glob:     O.K.  1
       Ch_1_Glob:     O.K.  A
       Ch_2_Glob:     O.K.  B
       Arr_1_Glob[8]: O.K.  7
       Arr_2_Glob8/7: O.K.     1600010
       Ptr_Glob->
         Ptr_Comp:       *  98008
         Discr:       O.K.  0
         Enum_Comp:   O.K.  2
         Int_Comp:    O.K.  17
         Str_Comp:    O.K.  DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
       Next_Ptr_Glob->
         Ptr_Comp:       *  98008 same as above
         Discr:       O.K.  0
         Enum_Comp:   O.K.  1
         Int_Comp:    O.K.  18
         Str_Comp:    O.K.  DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
       Int_1_Loc:     O.K.  5
       Int_2_Loc:     O.K.  13
       Int_3_Loc:     O.K.  7
       Enum_Loc:      O.K.  1
       Str_1_Loc:     O.K.  DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
       Str_2_Loc:     O.K.  DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
      
       Register option      Selected.
      
       Microseconds 1 loop:          4.53
       Dhrystones / second:      220690
       VAX MIPS rating:            125.61

        其中最核心的數據便是Dhrystones / second的數值。

      2.5 跑分榜

        Roy Longbottom的網站收集記錄了很多款處理器的Dhrystone跑分結果,可移步他的網站鏈接查看 http://www.roylongbottom.org.uk/dhrystone%20results.htm#anchorAndroid

        至此,微處理器CPU性能測試基準Dhrystone痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪里~~~


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      關鍵詞: Dhrystone

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