痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RTxxx系列MCU特性介绍(2)- RT685EVKA性能实测(Dhrystone)

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.MXRTxxx系列MCU的性能。在前面的文章i.MXRTxxx微控制器概览里,痞子衡给大家简介过恩智浦半导体在2018年推出的全新跨界微控制器i.MXRTxxx系列,该系列第一款芯片i.MXRT600搭载一颗Cortex-M33控制内核和一颗TensilicaHiFi4DSP处理内核,该芯片可在超低功耗边缘处理应用中实现高效...

痞子衡嵌入式:恩智浦i.MX RTxxx系列MCU特性介绍(2)- RT685EVKA性能实测(Dhrystone)

  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 RTxxx系列MCU的性能

  在前面的文章 i.MXRTxxx微控制器概览 里,痞子衡给大家简介过恩智浦半导体在2018年推出的全新跨界微控制器i.MX RTxxx系列,该系列第一款芯片i.MXRT600搭载一颗Cortex-M33控制内核和一颗Tensilica HiFi4 DSP处理内核,该芯片可在超低功耗边缘处理应用中实现高效本地音频预处理、沉浸式3D音频播放和支持语音的体验。今天痞子衡先为大家实测一下其Cortex-M33控制内核的性能,性能测试程序采用经典的Dhrystone算法。

  关于Dhrystone标准的基本知识,痞子衡之前专门写过一篇文章 微处理器CPU性能测试基准(Dhrystone) ,本篇就是基于了解Dhrystone基本知识之后的一次实践。来,让我们开始吧。

一、准备工作

1.1 硬件平台NXP i.MX RT600 EVK

  要开始实测i.MXRT600的Dhrystone,首先你得有一块开发板,恩智浦官网上有i.MXRT600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iMXRT685EVKA。

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,今天痞子衡就选用IAR作为软件环境,具体版本为IAR EWARM v8.32.2。

1.3 官方软件开发包NXP MCUXpresso SDK

  在开始移植Dhrystone程序到i.MXRT685上之前,我们需要先有一个i.MXRT685的基本hello world的例程,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。
  注册并登录恩智浦官网,来到 MCUXpresso SDK Builder 页面,在“Select Development Board“里选择EVK-IMXRT685后点击Build MCUXpresso SDK后跳转到下一个页面,在“Developer Environment Settings“里选择IAR并点击Download SDK后便可得到SDK_2.5.0_EVK-MIMXRT685.zip,下面是痞子衡下载的开发包具体版本信息:

二、开始实测

2.1 跑通hello world

  使用USB线连接电脑与板子的J5 USB口,此时在设备管理器应该可以看到USB虚拟的串口(EVK板载LPC-LINK2调试器内含USB转串口功能,如果看不到串口,请自行安装LPC-LINK2驱动)。
  打开前一步下载的开发包里的\SDK_2.5.0_EVK-MIMXRT685\boards\evkimxrt685\demo_apps\hello_world\iar\hello_world.eww工程,确认工程option里linker文件选择的是MIMXRT685Sxxxx_ram.icf,然后使用板载调试器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Dhrystone程序

  以hello_world工程为基础,将从Roy Longbottom的网站下载到的classic_benchmarks.tar.gz包解压,将\classic_benchmarks\source_code\dhrystone2\路径下的如下所有源文件(.c或.h)全部拷贝到hello world工程目录下

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

  将上面所有Dhrystone源文件全部添加进hello_world工程并将工程更名为dhrystone,然后再将工程中原主函数入口文件hello_world.c更名为dhrystone.c,此时基本Dhrystone工程就完成了。但注意此时工程无法编译,因为Dhrystone源文件还需要进一步修改。

2.2.1 适配嵌入式平台

  我们下载的Dhrystone源码本用作在PC上运行的,所以源码里面有一些仅适用于PC上运行的代码,比如计时部分、文件I/O部分,需要将这些代码全部删除以适合在嵌入式平台运行。
  关于计时部分,需要删除dhry_1.c文件里的#include < time.h> 语句,并且删除dhry.h文件里跟TIME宏相关的如下代码:

#ifndef TIME#define TIMES#endif/* Use times(2) time function unless *//* explicitly defined otherwise*/#ifdef TIMES#include <sys/types.h>#include <sys/times.h>/* for “times“ */#endif

  关于文件I/O部分,需要删除dhry_1.c文件里的#include < stdio.h> 语句,以及如下涉及文件I/O(主要是关于Dhry.txt的操作)的代码:

#include <stdio.h> // 需删除void main (int argc, char *argv[]) // 需更改为void main(void){ // ... // 以下代码需删除 /* Initializations */ if (argc > 1) {  switch (argv[1][0])  {case 'N': nopause = 0; break;case 'n': nopause = 0; break;  } } if ((Ap = fopen(“Dhry.txt“,“a “)) == NULL) {  printf(“ Can not open Dhry.txt\n\n“);  printf(“ Press Enter\n\n“);  int g = getchar();  exit(1); } // ... {  // ...  /************************************************************************* Add results to output file Dhry.txt *************************************************************************/  fprintf (Ap, “ #####################################################\n\n“);  fprintf (Ap, “ Dhrystone Benchmark 2.1 %s via C/C%s\n“, options, timeday);  // ...  fclose(Ap); }}
2.2.2 板级初始化

  上一节里已经将dhry_1.c里面的main函数形参int argc, char *argv[]改成了void,由于dhrystone.c(原hello_world.c)里已有main函数,且该main函数中含有板级初始化代码,所以我们需要将dhry_1.c里的main函数更名(比如可更名为dhrystone()),使dhrystone源码作为子程序来调用,这样便于往不同MCU平台移植,最后直接dhrystone.c里的main函数中增加dhrystone()的调用即可。

// dhry_1.c文件中void main (void) // 需更改为void dhrystone(void){ ...}// dhrystone.c文件中int main(void){ /* Init board hardware. */ BOARD_InitPins(); BOARD_BootClockRUN(); BOARD_InitDebugConsole(); // 增加的dhrystone函数调用 dhrystone(); while (1) { }}
2.2.3 计时功能

  原dhry_1.c文件里的关于计时部分的代码应该做一些微调整,time.h头文件的包含应该去除,这是Windows系统里的头文件,start_time(), end_time()是基于time.h里clock_gettime()函数而封装的API,secs是用于记录时间差的变量,这些API和全局变量都可以保留,但需要用MCU里的计时器重新实现。

#include <time.h> // 需删除void dhrystone (void){ // ... do {  start_time();  // ...  end_time();  User_Time = secs; } while (count >0);}

  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Dhrystone程序是要跑在300MHz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0.05592s(0x1000000/300MHz)产生一次SysTick中断,而Dhrystone程序至少要跑2s以上,在Dhrystone运行的2s内会产生35次(2/0.05592)SysTick中断,这无疑会降低Dhrystone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.MXRT685的参考手册,其支持的计时器种类很多,有CTIMER、SCT、MRT、UTICK、WWDT,就选择比较常用的32bit计时器CTIMER吧。
  之前下载的软件包里也有CTIMER的例程\SDK_2.5.0_EVK-MIMXRT685\boards\evkimxrt685\driver_examples\ctimer,打开simple_match_interrupt.c文件将其中CTIMER初始化相关代码放入新定义的timer_ctimer_init()函数中并在start_time()中调用timer_ctimer_init()一次以完成CTIMER初始化。
  此外还需要添加定义#define CLOCKS_PER_SEC (16000000),因为CTIMER选择的时钟源是16MHz。

#define CLOCKS_PER_SEC (16000000)volatile uint32_t s_timerHighCounter = 0;void ctimer_match0_callback(uint32_t flags){ s_timerHighCounter  ;}void timer_ctimer_init(void){ ctimer_config_t config; /* Use 16 MHz clock for the Ctimer2 */ CLOCK_AttachClk(kSFRO_to_CTIMER2); CTIMER_GetDefaultConfig(&config); CTIMER_Init(CTIMER, &config); /* Configuration 0 */ matchConfig0.enableCounterReset = true; matchConfig0.enableCounterStop = false; matchConfig0.matchValue = (uint32_t)~0; matchConfig0.outControl = kCTIMER_Output_Toggle; matchConfig0.outPinInitState = false; matchConfig0.enableInterrupt = true; CTIMER_RegisterCallBack(CTIMER, &ctimer_callback_table[0], kCTIMER_SingleCallback); CTIMER_SetupMatch(CTIMER, CTIMER_MAT0_OUT, &matchConfig0); CTIMER_StartTimer(CTIMER);}void start_time(void){ timer_ctimer_init(); s_timerHighCounter = 0;}void end_time(void){ uint64_t retVal; uint32_t high; uint32_t low; do {  high = s_timerHighCounter;  low = CTIMER_GetTimerCountValue(CTIMER); } while (high != s_timerHighCounter); retVal = ((uint64_t)high << 32U)low;  CTIMER_StopTimer(CTIMER); secs = retVal / (CLOCKS_PER_SEC * 1.0);}
2.2.4 串口打印功能

  串口打印功能的改动比较简单,直接把原dhry_1.c文件里的printf()全部替换成PRINTF()即可,PRINTF函数在原hello world工程里已经实现了。

2.3 Dhrystone参数配置

  痞子衡在Dhrystone标准的基本知识介绍里说过,Dhrystone几乎没有参数配置,唯一需要注意的就是REG,Cortex-M33平台支持register关键字,所以我们在IAR工程option里宏定义框内加上 REG=register。
  此外我们还需要在宏定义框内设置额外两个宏 NUMBER_OF_RUNS、CORE_FREQ_MHz,前者代表跑dhrystone核心算法程序的总次数,后者是当前MCU实际运行主频。最后还需要设置一下IAR的优化选项,如下图所示:

2.4 输出Dhrystone结果

  到这里Dhrystone的移植工作就完全结束了,此时Dhrystone工程也应该能正常编译了。为得到最高的Dhrystone得分,最后需要再确定两件事:一、Core Clock是否确定配置为300MHz;二、工程代码段/数据段是否放在了SRAM。
  打开clock_config.c文件,查看BOARD_BootClockRUN()函数,ARM

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