用于嵌入式計算機性能評測技術(shù)及其方法研究

　　CPU2000是SPEC中測量CPU功能的最新版性能基準程序組，目的是為不同計算機系統(tǒng)計算密集型的工作負載提供性能*估的測量工具， SPEC CPU 2000包含2組性能基準程序：CINT2000測量比較計算密集型定點運算，CFP2000測量比較計算密集型浮點運算。最新版本為CPU2000 V1.3。CPU2000為被測系統(tǒng)提供性能參數(shù)，主要測量系統(tǒng)的處理器、內(nèi)存以及編譯器性能。

　　5.1.2 TPC

　　TPC(Transaction PROCESSing Council)成立于1988年，已有40多個成員，TPC系列基準是現(xiàn)在流行的商業(yè)基準組，主要服務器和數(shù)據(jù)庫企業(yè)都派代表加入了這一組織，用于*測計算機的事務處理、數(shù)據(jù)庫處理、企業(yè)管理與決策支持等方面的性能。TPC不給出基準程序的代碼，而只給出基準程序的標準規(guī)范(Standard Specification)。任何廠家或其他測試者都可以根據(jù)規(guī)范，最優(yōu)地構(gòu)造出自己的系統(tǒng)(測試平臺和測試程序)。19*以來相繼發(fā)表的TPC基準測試程序包括TPC-A，TPC-B，TPC-C，TPC-D，TPC-W，TPC-R和TPC-H等。其中TPC-A用于在線事務處理下更新密集的數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的性能測試，TPC-B用于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及運行它的操作系統(tǒng)的核心性能測試，TPC-C則用于在線事務處理測試。有2種*價指標：吞吐率 (Throughput，tpmC)、性價比(Price／Perform-ance，Price／tpmC)。tpmC定義：TPC-C的吞吐量，按有效TPC-C配置期間每分鐘處理的平均交易次數(shù)測量，至少要運行12 min。TPC-D用于決策支持系統(tǒng)測試，TPC-H是基于TPC-D基礎上決策支持基準測試，TPC-W是用于電子商務應用軟件測試。

　　5.1.3 Whetstone

　　它是用FORTRAN語言編寫的綜合性測試程序，主要包括浮點運算、整數(shù)算術(shù)運算、功能調(diào)用、數(shù)組變址、條件轉(zhuǎn)移、超越函數(shù)，測試結(jié)果用單位 Kwips表示，1Kwips表示機器每秒鐘能執(zhí)行1 000條Whetstone指令。在實時性能基準程序Hartstone中被調(diào)用。

　　5.1.4 Lmbench

　　Lmbench性能基準程序通過運行大量的程序，測試大多數(shù)公認的有可能成為性能瓶頸的重要參數(shù)，這些參數(shù)通過幾組微觀性能基準程序加以識別、分辨，而且是可重現(xiàn)的。Lmbench中主要測量的參數(shù)是處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡、文件系統(tǒng)與硬盤之間的系統(tǒng)延時與數(shù)據(jù)通路帶寬。Lmbench僅測量處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡、文件系統(tǒng)與硬盤之間傳送數(shù)據(jù)的能力，清楚地描述時間延時與數(shù)據(jù)通路帶寬方面的各種參數(shù)，Lmbench中的各個性能基準程序組作為測量系統(tǒng)性能的補充常用于測量系統(tǒng)相應的延時與帶寬。

　　5.2嵌入式系統(tǒng)設計中的實時性能測試基準程序

　　5.2.1 Rhealstone

　　Rhealstone性能基準程序是一組由6個C語言程序組成的程序集，通過這6個程序測量實時操作系統(tǒng)的7個微觀參數(shù)：上下文切換、搶占時間、中斷延遲、信號量混洗時間、死鎖解除時間、信息傳遞延遲、數(shù)據(jù)報吞吐時間。Rhealstone性能基準程序有2個缺點，一是它測量的是平均時間，而不是最壞值；二是其最后的結(jié)論是加權(quán)平均值，但沒有給出確定權(quán)值的依據(jù)。

　　5.2.2 EEMBC

　　EEMBC(Embedded MicroPROCESSor BenchmarkConsortiurn)性能基準程序采用具有代表性的真實應用中的基本算法與功能函數(shù)，目的是為不同嵌入式計算機提供*價性能的參數(shù)。最新的EEMBC性能基準程序涵蓋7類應用領域：電信、電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡、辦公自動化、自動化與工業(yè)控制、數(shù)字娛樂、車載系統(tǒng)與Java，后兩類是新加入的。EEMBC性能基準程序?qū)儆谏逃眯阅芑鶞食绦?，參照EEMBC的設計思路，源代碼公開的Mibench分為6類，較多的用于學術(shù)研究領域。

　　5.2.3 Hartstone

　　Hartstone性能基準程序由美國Carnegie Mellon大學用Ada語言編寫，是依據(jù)需求構(gòu)成的一組合成應用，選用Whetstone性能基準程序作為合成工作負載，目的是測量硬實時系統(tǒng)。 Hartstone性能基準程序需要不同測試序列，每個測試序列中的測試結(jié)果只有2種情況：滿足或者不滿足時間限制。若任一個程序不滿足時限，那么測試結(jié)論就是“不通過”。共有5種測試序列：任務周期有規(guī)律的周期性任務、任務周期無規(guī)律的周期性任務、任務周期有規(guī)律但非周期性處理的周期性任務、任務周期有規(guī)律有同步的周期性任務、任務周期有規(guī)律有同步但非周期性處理的周期性任務。

　　現(xiàn)有的性能基準程序從構(gòu)建方法上來看，有的通過應用類別選取典型應用構(gòu)建工作負載(如SPEC，EEMBC，Mibench)，這類性能基準程序可進行功能測試，也可根據(jù)系統(tǒng)表現(xiàn)計算系統(tǒng)的性能，該類性能基準程序?qū)儆诤暧^性能基準程序，隨著應用領域的增多，需要不斷擴充；有的通過測量影響系統(tǒng)性能的重要參數(shù)(如Rhealstone，Lanbench等)，該類性能基準程序?qū)儆谖⒂^性能基準程序，但是現(xiàn)階段影響系統(tǒng)性能的重要參數(shù)數(shù)量多，相互影響的程度，對系統(tǒng)性能影響的程度，很難給出量化的指標，所以該類性能基準程序很難對測量結(jié)果給出合理的解釋；有的針對典型應用，不僅選用典型的工作負載還是用根據(jù)程序被調(diào)用的頻度，模擬真實的工作負載，(如TPC，Hartstone等)，該類性能基準程序能夠從宏觀上觀察系統(tǒng)在模擬工作負載下的表現(xiàn)，具有較高的實用價值，構(gòu)建該類性能基準程序的難點在于如何真實地反應系統(tǒng)的實際工作負載。

　　5.3嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)級高層次設計測試基準程序

　　隨著電子系統(tǒng)設計的自動化程度提高，應對嵌入式系統(tǒng)設計復雜性增加，并加快系統(tǒng)設計的速度，采用一系列的設計技術(shù)，如基于IP復用的設計技術(shù)、軟硬件協(xié)同設計技術(shù)、高層次的系統(tǒng)級建模與設計技術(shù)等。隨著嵌入式計算機的設計進入到SoC的設計時代，將一個嵌入式系統(tǒng)的軟件、硬件子系統(tǒng)在系統(tǒng)級的體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化、劃分后，使用硬件描述語言和軟件開發(fā)語言分別設計出嵌入式系統(tǒng)的硬件組成部分和軟件組成部分。嵌入式計算機設計到了SoC設計時，同時意味著嵌入式計算機的設計進入到了系統(tǒng)級的設計時代。對于SoC這種系統(tǒng)級的嵌入式系統(tǒng)設計，涉及到系統(tǒng)軟／硬件結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、系統(tǒng)在總體設計體系結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，在不同設計目標(成本、面積、功耗、性能等)方面的總體折中平衡。在系統(tǒng)級設計的早期階段，也出現(xiàn)了一些相應的測試基準程序，以輔助系統(tǒng)設計在系統(tǒng)級能確定出一個相對較優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　E3S就是Princeton大學的CAD研究項目中用于進行嵌入式系統(tǒng)級設計過程中，進行系統(tǒng)級綜合(System Level Synthesis)的設計測試基準程序。E3S，依據(jù)嵌入式微處理器測試基準(Embedded MicroPROCESSor Benchmark Consortium，EEMBC)中對嵌入式微處理器和用來測試的計算任務信息的測試基準程序而設計的用于系統(tǒng)級綜合設計測試基準。它主要用于在嵌入式計算機系統(tǒng)的系統(tǒng)級設計中，對系統(tǒng)級綜合設計所涉及到的3個過程：系統(tǒng)級任務的分配(Allocation)、指派(Assignment)、調(diào)度 (Scheduling)，提供測試的基準。目前的最新版本是V0.9版，可以對17種微處理器，像AMD ElanSC520，Analog Devices 21065L，Motorola MPC555，TI TMS320C6203等進行測試。測試的數(shù)據(jù)，像處理器的性能以47個典型計算任務的執(zhí)行時間度量，功耗數(shù)據(jù)則參照處理器的設計文檔 (Datasheets)，另外，提供給系統(tǒng)級綜合工具的附加測試信息，如硅片尺寸以及其他用于系統(tǒng)級綜合*估(Estimated)的數(shù)據(jù)和價格 (Prices)，則通過咨詢多個處理器提供商取得。另外，E3S包含著相應的系統(tǒng)級通信模型，用于系統(tǒng)級設計過程中的測試基準程序?qū)Χ喾N不同總線，如 CAN，IEEE1394，PCI，USB 2.0，VME等進行建模和*測。

　　6結(jié) 語

　　隨著嵌入式計算機設計技術(shù)的發(fā)展，可復用IP核與基于平臺的設計技術(shù)應用于當今的嵌入式計算機設計中，需要在早期的設計階段就要對嵌入式計算機的硬件子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)與軟硬件集成后的系統(tǒng)原型進行早期的性能*價，目前在國外，已經(jīng)應用于早期設計階段的系統(tǒng)級性能*測技術(shù)與方法出現(xiàn)。測試的技術(shù)與設計技術(shù)的成熟度同比發(fā)展，隨著設計技術(shù)的發(fā)展，相應的測試技術(shù)也需要有相應成熟的測試例程、特定應用領域的測試基準程序來作測試*測的標準?？梢灶A見，在未來幾年里，測試基準程序和針對嵌入式計算機設計的性能測試基準程序，將會在系統(tǒng)設計過程中的更早階段――系統(tǒng)級構(gòu)架優(yōu)化與性能測度方面，取得很大的發(fā)展。