如何测量ARM Cortex-A8处理器中的程序执行时间？

Question

我使用的是基于 ARM Cortex-A8 的处理器，称为 i.MX515。有linux Ubuntu 9.10 发行版。我正在运行一个用 C 编写的非常大的应用程序，并且我正在使用 gettimeofday(); 函数来测量我的应用程序所花费的时间。

main()

{

gettimeofday(start);
....
....
....
gettimeofday(end);

}

此方法足以查看我的应用程序的哪些块花费了多少时间。但是，现在，我正在尝试非常彻底地优化我的代码，使用 gettimeofday() 计算时间的方法，我看到连续运行之间有很多波动（在优化之前和之后运行），所以我无法确定实际的执行时间，从而确定我的改进的影响。

谁能建议我应该做什么？

如果通过访问周期计数器（ARM 网站上针对 Cortex-M3 建议的想法），任何人都可以向我指出一些代码，这些代码为我提供了访问 Cortex 上的计时器寄存器所必须遵循的步骤-A8？

如果此方法不是很准确，请建议一些替代方法。

谢谢

---

跟进

跟进1：在Code Sorcery上编写了以下程序，生成了可执行文件，当我尝试在板上运行时，我收到 - 非法指令消息:(

static inline unsigned int get_cyclecount (void)
{
    unsigned int value;
    // Read CCNT Register
    asm volatile ("MRC p15, 0, %0, c9, c13, 0\t\n": "=r"(value));
    return value;
}

static inline void init_perfcounters (int32_t do_reset, int32_t enable_divider)
{
    // in general enable all counters (including cycle counter)
    int32_t value = 1;

    // peform reset:
    if (do_reset)
    {
    value |= 2;     // reset all counters to zero.
    value |= 4;     // reset cycle counter to zero.
    }

    if (enable_divider)
    value |= 8;     // enable "by 64" divider for CCNT.

    value |= 16;

    // program the performance-counter control-register:
    asm volatile ("MCR p15, 0, %0, c9, c12, 0\t\n" :: "r"(value));

    // enable all counters:
    asm volatile ("MCR p15, 0, %0, c9, c12, 1\t\n" :: "r"(0x8000000f));

    // clear overflows:
    asm volatile ("MCR p15, 0, %0, c9, c12, 3\t\n" :: "r"(0x8000000f));
}



int main()
{

    /* enable user-mode access to the performance counter*/
asm ("MCR p15, 0, %0, C9, C14, 0\n\t" :: "r"(1));

/* disable counter overflow interrupts (just in case)*/
asm ("MCR p15, 0, %0, C9, C14, 2\n\t" :: "r"(0x8000000f));

    init_perfcounters (1, 0);

    // measure the counting overhead:
    unsigned int overhead = get_cyclecount();
    overhead = get_cyclecount() - overhead;

    unsigned int t = get_cyclecount();

    // do some stuff here..
    printf("\nHello World!!");

    t = get_cyclecount() - t;

    printf ("function took exactly %d cycles (including function call) ", t - overhead);

    get_cyclecount();

    return 0;
}

跟进2：我已写信给飞思卡尔寻求支持，他们给我发回了以下回复和一个程序（我对此不太了解）

这是我们可以帮助您的现在： 我正在向您发送附加的代码示例，该示例使用 UART 发送流，从您的代码来看，您似乎没有正确初始化 MPU。

(hash)include <stdio.h>
(hash)include <stdlib.h>

(hash)define BIT13 0x02000

(hash)define R32   volatile unsigned long *
(hash)define R16   volatile unsigned short *
(hash)define R8   volatile unsigned char *

(hash)define reg32_UART1_USR1     (*(R32)(0x73FBC094))
(hash)define reg32_UART1_UTXD     (*(R32)(0x73FBC040))

(hash)define reg16_WMCR         (*(R16)(0x73F98008))
(hash)define reg16_WSR              (*(R16)(0x73F98002))

(hash)define AIPS_TZ1_BASE_ADDR             0x70000000
(hash)define IOMUXC_BASE_ADDR               AIPS_TZ1_BASE_ADDR+0x03FA8000

typedef unsigned long  U32;
typedef unsigned short U16;
typedef unsigned char  U8;


void serv_WDOG()
{
    reg16_WSR = 0x5555;
    reg16_WSR = 0xAAAA;
}


void outbyte(char ch)
{
    while( !(reg32_UART1_USR1 & BIT13)  );

    reg32_UART1_UTXD = ch ;
}


void _init()
{

}



void pause(int time) 
{
    int i;

    for ( i=0 ; i < time ;  i++);

} 


void led()
{

//Write to Data register [DR]

    *(R32)(0x73F88000) = 0x00000040;  // 1 --> GPIO 2_6 
    pause(500000);

    *(R32)(0x73F88000) = 0x00000000;  // 0 --> GPIO 2_6 
    pause(500000);


}

void init_port_for_led()
{


//GPIO 2_6   [73F8_8000] EIM_D22  (AC11)    DIAG_LED_GPIO
//ALT1 mode
//IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_EIM_D22  [+0x0074]
//MUX_MODE [2:0]  = 001: Select mux mode: ALT1 mux port: GPIO[6] of instance: gpio2.

 // IOMUXC control for GPIO2_6

*(R32)(IOMUXC_BASE_ADDR + 0x74) = 0x00000001; 

//Write to DIR register [DIR]

*(R32)(0x73F88004) = 0x00000040;  // 1 : GPIO 2_6  - output

*(R32)(0x83FDA090) = 0x00003001;
*(R32)(0x83FDA090) = 0x00000007;


}

int main ()
{
  int k = 0x12345678 ;

    reg16_WMCR = 0 ;                        // disable watchdog
    init_port_for_led() ;

    while(1)
    {
        printf("Hello word %x\n\r", k ) ;
        serv_WDOG() ;
        led() ;

    }

    return(1) ;
}

Answer 1

访问性能计数器并不困难，但您必须从内核模式启用它们。默认情况下，计数器被禁用。

简而言之，您必须在内核中执行以下两行。作为可加载模块或仅在 board-init 中的某处添加两行即可：

  /* enable user-mode access to the performance counter*/
  asm ("MCR p15, 0, %0, C9, C14, 0\n\t" :: "r"(1));

  /* disable counter overflow interrupts (just in case)*/
  asm ("MCR p15, 0, %0, C9, C14, 2\n\t" :: "r"(0x8000000f));

一旦执行此操作，周期计数器将开始为每个周期递增。寄存器的溢出不会被注意到并且不会引起任何问题（除非它们可能会扰乱您的测量）。

现在您想从用户模式访问周期计数器：

我们从读取寄存器的函数开始：

static inline unsigned int get_cyclecount (void)
{
  unsigned int value;
  // Read CCNT Register
  asm volatile ("MRC p15, 0, %0, c9, c13, 0\t\n": "=r"(value));  
  return value;
}

您很可能还想重置和设置分频器：

static inline void init_perfcounters (int32_t do_reset, int32_t enable_divider)
{
  // in general enable all counters (including cycle counter)
  int32_t value = 1;

  // peform reset:  
  if (do_reset)
  {
    value |= 2;     // reset all counters to zero.
    value |= 4;     // reset cycle counter to zero.
  } 

  if (enable_divider)
    value |= 8;     // enable "by 64" divider for CCNT.

  value |= 16;

  // program the performance-counter control-register:
  asm volatile ("MCR p15, 0, %0, c9, c12, 0\t\n" :: "r"(value));  

  // enable all counters:  
  asm volatile ("MCR p15, 0, %0, c9, c12, 1\t\n" :: "r"(0x8000000f));  

  // clear overflows:
  asm volatile ("MCR p15, 0, %0, c9, c12, 3\t\n" :: "r"(0x8000000f));
}

do_reset 将设置循环计数器归零。就这么简单。

enable_diver 将启用 1/64 周期分频器。如果没有设置此标志，您将测量每个周期。启用后，计数器每 64 个周期增加一次。如果您想要测量长时间，否则会导致计数器溢出，这非常有用。

如何使用它：

  // init counters:
  init_perfcounters (1, 0); 

  // measure the counting overhead:
  unsigned int overhead = get_cyclecount();
  overhead = get_cyclecount() - overhead;    

  unsigned int t = get_cyclecount();

  // do some stuff here..
  call_my_function();

  t = get_cyclecount() - t;

  printf ("function took exactly %d cycles (including function call) ", t - overhead);

应该适用于所有 Cortex-A8 CPU。

哦 - 还有一些注意事项：

使用这些计数器，您将测量两次调用 get_cyclecount() 之间的确切时间，包括在其他进程或内核中。无法将测量限制为进程或单个线程。

另外，调用 get_cyclecount() 也不是免费的。它将编译为单个 asm 指令，但从协处理器的移动将停止整个 ARM 管道。开销相当高并且可能会扭曲您的测量结果。幸运的是，开销也是固定的，因此您可以测量它并从计时中减去它。

在我的例子中，我对每次测量都这样做了。在实践中不要这样做。两次调用之间迟早会发生中断，从而进一步扭曲您的测量结果。我建议您在空闲系统上测量几次开销，忽略所有外部因素并使用固定常量。

Answer 2

您需要在优化之前和之后使用性能分析工具分析代码。

Acct 是一个命令行，您可以使用它来监视资源的功能。您可以通过谷歌搜索更多有关 acct 生成的 dat 文件的使用和查看信息。

我将用其他开源性能分析工具更新这篇文章。

Gprof 是另一个这样的工具。请检查文档是否相同。

Answer 3

几年过去了，现在要扩展尼尔斯的答案！ - 访问这些计数器的一个简单方法是 构建带有 gator 的内核。然后报告计数器值，供 ARM 的性能分析工具 Streamline 使用。

它将在时间轴上显示每个函数（为您提供系统执行情况的高级概述），准确显示执行所需的时间以及它占用的 CPU 百分比。您可以将其与您设置的每个计数器的图表进行比较，以收集和跟踪 CPU 密集型任务直至源代码级别。

Streamline 适用于所有 Cortex-A 系列处理器。

Answer 4

我曾在 ARM7 的工具链中工作过，它有一个指令级模拟器。在其中运行应用程序可以给出各个行和/或 asm 指令的计时。这对于给定例程的微观优化非常有用。不过，这种方法可能不适合整个应用程序/整个系统优化。