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i.MX RT105x微控制器CoreMark性能实测

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    [LV.4]偶尔看看III

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    发表于 2019-4-18 14:43:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
    大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦i.MX RT系列MCU的性能。

    在前面的文章,恩智浦i.MX RT系列微控制器介绍篇(1) - 概览里,痞子衡给大家简单介绍过恩智浦在2017年推出的新一代跨界微控制器i.MX RT系列,该系列第一款芯片i.MX RT105x性能完爆同时期市面上所有的微控制器,官方公布的CoreMark跑分高达3020,有人可能不明白这个数字意味着什么。

    作为对比,我们再来看看目前较为流行的以Cortex-M3为核心,主频为72MHz的MCU产品,它的CoreMark是108(此处应该有类似My God的尖叫),真是没有对比就没有伤害,那么i.MX RT105x性能到底有没有这么强?今天痞子衡为大家实测一下。

    关于CoreMark标准的基本知识,痞子衡之前专门写过一篇文章《微控制器CPU性能测试基准(EEMBC-CoreMark)》,本篇就是基于了解CoreMark基本知识之后的一次实践。

    来,让我们开始吧!

    11.png

    一、准备工作

    1.1 硬件平台i.MX RT1050 EVK开发板
    要实测i.MX RT105x的CoreMark,首先你得有一块开发板,恩智浦官网上有i.MX RT105x配套的评估板,如下图所示,痞子衡今天用的就是这块板子,板载主芯片型号为i.MX RT1052DVL6

    1.2 集成开发环境IAR EWARM
    ARM Cortex-M微控制器的集成开发环境有很多,其中IAR EWARM凭借优良的特性备受广大工程师青睐,且痞子衡在CoreMark标准基本知识介绍文章的最后,贴出了一张i.MX RT1050与市面上另一款Cortex-M7产品的性能对比图,其中CoreMark跑分就是在IAR下得到的,所以今天痞子衡也选用IAR作为软件环境,具体版本为IAR EWARM v8.20.2。

    1.3 官方软件开发包NXP MCUXpresso SDK
    在开始移植CoreMark程序之前,我们需要先有一个最简单的,运行在i.MX RT1050上的hello world例程,当然我们可以对着数据手册自己从头写一个,但是这里痞子衡推荐使用官方软件开发包。
    首先,注册并登录恩智浦官网,来到MCUXpresso SDK Builder页面,在"Select Development Board"里,选择EVKB-IMXRT1050并点击Build MCUXpresso SDK,然后跳转到下一个页面,在"Developer Environment Settings"里选择IAR并点击Download SDK,随后便可得到SDK_2.3.1_EVKB-IMXRT1050.zip,下面是痞子衡下载的开发包具体版本信息:
    12.png
    随着时间的推移,你可能会下载到更新的版本,但本文描述的基本操作依然有效。


    二、开始实测
    2.1 跑通hello world
    给i.MX RT1050EVK板子供电(J2口接5V输出的电源),并且使用USB线连接电脑与板子的J28 USB口,此时在电脑的设备管理器,应该可以看到USB虚拟串口(EVK板载OpenSDA调试器内含USB转串口功能,如果看不到串口,请自行安装PE Micro驱动)。
    打开前一步下载的开发包里的hello world工程,所在目录为: \SDK_2.3.1_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\demo_apps\hello_world\iar\hello_world.eww工程,确认工程option里linker文件选择的是MIMXRT1052xxxxx_ram.icf,然后J21 JTAG口连接上Jlink Plus,直接将工程下载进主芯片的RAM运行。
    如果工程运行正常,你在串口调试助手(115200,8N1)里,应该能看到"hello world."打印输出。

    2.2 移植CoreMark程序
    以hello_world工程为基础,将从EEMBC官网下载到的coremark_v1.0.tgz包解压,将\coremark_v1.0\以及\coremark_v1.0\barebones\ 路径下,如下所有源文件(.c或.h)全部拷贝到hello world工程目录下:
    \coremark_v1.0
    \barebones   -- 移植到裸机下需要修改的文件
    \core_portme.h -- 移植平台工程具体配置信息
    \core_portme.c -- 计时以及板级初始化实现
    \cvt.c
    \ee_printf.c  -- 打印函数串口发送实现
    core_main.c    -- 主程序入口
    core_state.c   -- 状态机控制子程序
    core_list_join.c -- 列表操作子程序
    core_matrix.c   -- 矩阵运算子程序
    core_util.c    -- CRC计算子程序
    coremark.h     -- 工程配置与数据结构定义

    将上面的所有coremark源文件全部添加进hello_world工程,并从工程中移除原主函数入口文件hello_world.c,此时基本coremark工程就完成了。

    但注意此时工程无法正确编译,因为从 \coremark_v1.0\barebones\下拷贝的源文件还需要进一步修改。

    2.2.1 板级初始化
    程序移植的第一步是实现板载初始化,编译上一步建好的coremark工程会报这样的错误:error "Call board initialization routines in portable init (if needed), in particular initialize UART!\n"。其实这是coremark作者故意在core_portme.c里,函数portable_init()中留下的提示,我们需要用i.MX RT1050的板级初始化函数,替代这个#error。打开之前移除的hello_world.c文件,将其中板级初始化函数调用拷贝到portable_init函数中:
    void portable_init(core_portable *p, int *argc, char *argv[])
    {
    // 删除#error提示
    //#error "Call board initialization routines in portable init (if needed), in particular initialize UART!\n"
    // 添加板级初始化调用
    /* Init board hardware. */
    BOARD_InitHardware();
    //...
    }

    原hello_world里,BOARD_InitHardware已经包含了系统时钟以及UART初始化,所以这里的移植工作就算结束了。

    2.2.2 计时功能
    程序移植的第二步是实现计时功能,由于CoreMark得分其实是单位时间内跑了多少次CoreMark程序,所以CoreMark工程必须要有计时功能。编译coremark工程会报这样的错误error "You must implement a method to measure time in barebones_clock()! This function should return current time.\n",这也是coremark作者故意在core_portme.barebones_clock()函数里留下的提示。
    关于计时器,第一个想到的自然是Cortex-M内核里的SysTick,不过考虑到coremark程序是要跑在600MHz的主频下,而SysTick计时器只有24bit,也就是说即使SysTick->LOAD设最大的reload值0xFFFFFF,也将每隔0.02796s (0x1000000 / 600MHz)产生一次SysTick中断,而CoreMark程序至少要跑10s以上,在coremark运行的10s内会产生357次(10/0.02796)SysTick中断,这无疑会降低coremark得分,所以SysTick直接被pass。(备注:SysTick->CTRL[2]用于选择SysTick的时钟源,默认1'b0为Core Clock,1'b1为外部clock,暂未研究这里的外部clock在i.MXRT105x上是否能用)。
    翻看i.MX RT1052的参考手册,其支持的计时器种类很多,有GPT、PIT、TMR、WDOG,还是选择比较常用的32bit计时器PIT吧。
    之前下载的软件包里也有PIT的例程\SDK_2.3.1_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\driver_examples\pit,打开pit.c文件将其中PIT初始化相关代码放入新定义的timer_pit_init()函数中并在portable_init()中调用timer_pit_init()一次以完成PIT初始化。
    barebones_clock()函数中的#error也需要被PIT_GetCurrentTimerCount()函数替换,此外还需要添加定义#define CLOCKS_PER_SEC (24000000),因为我们会在clock_config.c文件里的BOARD_BootClockRUN()函数最后添加如下语句以选择OSC作为PIT计时时钟,而EVK板载外部XTALOSC晶振是24MHz。

    /* Configure PIT divider */
    /* Set PERCLK_CLK source to OSC_CLK*/   
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PerclkMux, 1U);
    /* Set PERCLK_CLK divider to 1 */
    CLOCK_SetDiv(kCLOCK_PerclkDiv, 0U);


    有朋友可能会好奇,我们似乎没有使能和实现PIT中断,其实在当前coremark工程下没有必要,因为PIT中断每隔178s(0x100000000/24MHz)才会触发一次,而我们只需要执行几十秒就够了,所以即使使能和实现PIT中断也用不到,当然如果能实现PIT中断更好,万一我们让coremark程序执行超过178s,不实现PIT中断就会导致计时出错。

    #define CLOCKS_PER_SEC (24000000)
    void timer_pit_init(void)
    {   
        /* Structure of initialize PIT */
        pit_config_t pitConfig;
        PIT_GetDefaultConfig(&pitConfig);
        /* Init pit module */
        PIT_Init(PIT, &pitConfig);
        /* Set max timer period for channel 0 */
        PIT_SetTimerPeriod(PIT, kPIT_Chnl_0, (uint32_t)~0);
        /* Start channel 0 */
        PIT_StartTimer(PIT, kPIT_Chnl_0);
    }
    CORETIMETYPE barebones_clock()
    {   
        // 删除#error提示
        #error "You must implement a method to measure time in barebones_clock()! This function should return current time.\n"
    // 添加PIT计数值返回语句
        return(~PIT_GetCurrentTimerCount(PIT, kPIT_Chnl_0));
    }
    void portable_init(core_portable *p, int *argc, char *argv[])
    {   
        // 删除#error提示
        //#error "Call board initialization routines in portable init (if needed), in particular initialize UART!\n"
    // 添加板级初始化调用
        /* Init board hardware. */
        BOARD_InitHardware();  // 添加PIT计时器初始化调用
        /* Init timer for microsecond function. */
        timer_pit_init();
        //...
    }



    2.2.3 串口打印功能
    程序移植的第三步是实现串口打印功能,由于hello_world工程已经包含串口打印功能,所以这里的修改比较简单。

    void uart_send_char(char c)
    {   
    // 删除#error提示
    //#error "You must implement the method uart_send_char to use this file!\n";
    // 添加UART发送函数调用
    if (c == '\n')
    {        
    char tmp = '\r';
    LPUART_WriteBlocking((LPUART_Type *)BOARD_DEBUG_UART_BASEADDR, (const uint8_t *)&tmp, 1);
    }
    LPUART_WriteBlocking((LPUART_Type *)BOARD_DEBUG_UART_BASEADDR, (const uint8_t *)&c, 1);
    //...
    }

    2.3 CoreMark参数配置
    2.2里只是将基本CoreMark功能移植完成,但此时coremark工程还是无法编译,因为还有一些CoreMark配置没有确定,都在coremark_portme.h里,需要重定义下面三个宏,并且IAR的优化选项也要设置如下图所示:
    #define ITERATIONS (40000)
    #define COMPILER_VERSION "IAR EWARM v8.20.2"
    #define COMPILER_FLAGS "High - Speed - No size constraints"

    13.png

    2.4 输出CoreMark结果
    到这里CoreMark的移植工作就完全结束了,此时coremark工程也应该能正常编译了。为得到最高的CoreMark得分,最后需要再确定两件事:一、Core Clock是否确定配置为600MHz;二、工程代码段/数据段是否放在了ITCM/DTCM RAM。
    打开clock_config.c文件,查看BOARD_BootClockRUN()函数,ARM Core/AHB时钟确实都为600MHz。

    void BOARD_BootClockRUN(void)
    {   
    /* Boot ROM did initialize the XTAL, here we only sets external XTAL OSC freq */
    CLOCK_SetXtalFreq(24000000U);
    CLOCK_SetRtcXtalFreq(32768U);
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, 0x1); /* Set PERIPH_CLK2 MUX to OSC */
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, 0x1);     /* Set PERIPH_CLK MUX to PERIPH_CLK2 */
    /* Setting the VDD_SOC to 1.5V. It is necessary to config AHB to 600Mhz */
    DCDC->REG3 = (DCDC->REG3 & (~DCDC_REG3_TRG_MASK)) | DCDC_REG3_TRG(0x12);
    CLOCK_InitArmPll(&armPllConfig); /* Configure ARM PLL to 1200M */
    CLOCK_SetDiv(kCLOCK_ArmDiv, 0x1); /* Set ARM PODF to 1, divide by 2 */
    CLOCK_SetDiv(kCLOCK_AhbDiv, 0x0); /* Set AHB PODF to 0, divide by 1 */
    CLOCK_SetDiv(kCLOCK_IpgDiv, 0x3); /* Set IPG PODF to 3, divede by 4 */
    // ...
    }

    再打开MIMXRT1052xxxxx_ram.icf文件,查看text段确实放在了ITCM里(0x0 - 0x7FFFF),data段确实放在了DTCM里(0x20000000 - 0x2007FFFF)。

    define symbol m_interrupts_start = 0x00000000;
    define symbol m_interrupts_end = 0x000003FF;
    define symbol m_text_start = 0x00000400;
    define symbol m_text_end = 0x0001FFFF;
    define symbol m_data_start = 0x20000000;
    define symbol m_data_end = 0x2001FFFF;

    还等什么,将coremark工程赶紧下载进芯片并打开串口调试助手看CoreMark得分啊。痞子衡实测的CoreMark得分为2952,这与官方标称的3020还是有一点点差距。

    14.png

    对于coremark得分没上3000,痞子衡感到不服啊,那怎么提高coremark得分?痞子衡试尽方法(改编译器选项、调coremark配置)均无功而返,后来无意中看到EEMBC上跑出3036得分的IDE(编译器)是IAR 7.80,于是死马当活马医吧,痞子衡也在IAR 7.80.4上运行了一次,得到了3018分,原来这微小差异取决于编译器版本,真相大白。

    15.png

    想偷懒的朋友直接移步我的github https://github.com/JayHeng/cortex-m_app 去下载我移植好的工程,工程在\cortex-m_app\apps\coremark_imxrt1052\bsp\build\coremark.eww



    文章出处:恩智浦MCU加油站

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    发表于 2019-4-19 16:00:16 | 显示全部楼层
    那么问题来了,为什么低版本的编译器更6?
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