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痞子衡嵌入式：微处理器CPU性能测试基准(Dhrystone)
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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 微处理器CPU性能测试基准Dhrystone 。
在嵌入式系统行业用于评价CPU性能指标的标准主要有三种：Dhrystone、MIPS、CoreMark，其中Dhrystone是一种古老的却历时30年而不衰的嵌入式系统处理器测试基准，至今仍为各大处理器生产厂商所采用。今天痞子衡就和大家详细聊一聊Dhrystone。
一、经典性能测试标准集
在讲Dhrystone之前，痞子衡想先给大家简介一下20世纪70-80年代开始流行的几个性能测试标准，它们分别是Livermore、Whetstone、Linpack、Dhrystone，这四个性能测试标准也被合称为Classic Benchmark。这个网址简单介绍了四大经典性能测试标准历史 http://www.roylongbottom.org.uk/classic.htm。
细心的朋友应该会注意到Dhrystone与另一标准Whetsone名字有点类似，其实Dhrystone就是为了与算法Whetsone区分而设计的。Whetsone于1972年所开发，主要目的是模仿60个1970年后的程序算法。其最有名的版本为Fortran版，高度反映了60年代数字计算方向。Dhrystone与Whetsone不同之处在于其并不包括浮点运算。
二、Dhrystone标准
Dhrystone是由Reinhold P. Weicker在1984年提出来的一个基准测试程序，其主要目的是测试处理器的整数运算和逻辑运算的性能。Dhrystone首先用Ada语言发布，后来Rick Richardson为Unix开发了用C语言编写的Version 1.1，这个版本也成功的推动了Dhrystone的广泛应用。
Dhrystone标准的测试方法很简单，就是单位时间内跑了多少次Dhrystone程序，其指标单位为DMIPS/MHz。MIPS是Million Instructions Per Second的缩写，每秒处理的百万级的机器语言指令数。DMIPS中的D是Dhrystone的缩写，它表示了在Dhrystone标准的测试方法下的MIPS。
关于DMIPS有一个不得不注意的点，因为历史原因我们把在VAX-11/780机器上的测试结果1757 Dhrystones/s定义为1 DMIPS，因此在其他平台测试到的每秒Dhrystones数应除以1757，才是真正的DMIPS数值，故DMIPS其实表示的是一个相对值。
2.1 获取程序
Dhrystone程序的最新版本是2.1，其实际上于1988年便已停更。Dhrystone并没有官网，所以想下载其源程序可能会有很多来源，有各种语言版本的实现，以及各种平台下的移植程序。
Roy Longbottom，是一个来自英国政府计算机采购部门Central Computer and Telecommunications Agency (CCTA)的职员，他制作了一个PC性能测试结果网站，搜集了很多性能测试程序以及结果，其中便有Dhrystone，我们可以从他的网站下载Dhrystone源码(C语言版)。
核心程序下载 http://www.roylongbottom.org.uk/classic_benchmarks.tar.gz
核心程序包下载后，在\classic_benchmarks\source_code\dhrystone2\下可找到源代码。详细文件目录如下：
\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
如果是移植到ARM Cortex-M平台下裸系统运行，一般只需要简单修改dhry.h和dhry_1.c文件即可，Dhrystone本身并没有太多移植工作，其源码本是用作在PC上运行的，而在嵌入式系统里运行仅需要把一些文件I/O的相关代码删除即可，此外就是计时函数和打印函数的重实现。
2.2 配置参数
Dhrystone源码几乎没有提供配置选项，唯一一个能算得上的配置就是关于REG的宏定义，即你所选用的IDE和嵌入式平台是否支持regiser关键字。
2.3 程序解析
让我们尝试分析Dhrystone主函数入口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;
// ...
// 定义和初始化关键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;
// ...
// 设置循环跑Dhrystone核心算法程序次数
Number_Of_Runs = 5000;
do
{
Number_Of_Runs = Number_Of_Runs * 2;
count = count - 1;
// 开始循环跑Dhrystone核心算法程序且记录累计消耗时间
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);
// ...
// 最终信息的打印
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 结果格式
当移植好Dhrystone程序后，便可以开始跑起来了，下面是一个主频100MHz的Pentium处理器跑分结果：
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
其中最核心的数据便是Dhrystones / second的数值。
2.5 跑分榜
Roy Longbottom的网站收集记录了很多款处理器的Dhrystone跑分结果，可移步他的网站链接查看 http://www.roylongbottom.org.uk/dhrystone%20results.htm#anchorAndroid
至此，微处理器CPU性能测试基准Dhrystone痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~
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