用于嵌入式計(jì)算機(jī)性能評(píng)測(cè)技術(shù)及其方法研究

　　(4)執(zhí)行的指令數(shù)(Instructions Executed)

　　執(zhí)行的指令數(shù)是應(yīng)用程序在一個(gè)時(shí)鐘周期或者機(jī)器周期中，嵌入式處理器可以執(zhí)行的指令個(gè)數(shù)。目前的嵌入式微處理器，可以使用基于RISC核的處理器，也可以是用于數(shù)字信號(hào)處理的DSP處理器，也可能是多種異構(gòu)處理器組成的處理單元(PROCESS Element)。RISC結(jié)構(gòu)的嵌入微處理器，大多數(shù)指令為單周期指令，在一個(gè)機(jī)器周期都可以處理完成。使用運(yùn)行于嵌入式系統(tǒng)中的測(cè)試基準(zhǔn)程序執(zhí)行的指令數(shù)，可以表征嵌入式系統(tǒng)中編譯器的速度優(yōu)化能力及微處理器完成指令運(yùn)算的運(yùn)行性能。

　　這些指標(biāo)，可以是每指令平均時(shí)鐘周期CPI(Cycles Per Instruction)、每時(shí)鐘執(zhí)行的平均指令數(shù)IPC(Instructions Per Cycle)、每秒執(zhí)行的百萬(wàn)指令數(shù)MIPS(Millions of Instructions Per Second)等。這3個(gè)性能指標(biāo)的定義分別如下：

　　其中，Cycles是執(zhí)行應(yīng)用程序經(jīng)歷的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)。3種性能指標(biāo)都可以用于描述應(yīng)用程序的執(zhí)行效率，反映編譯器的速度優(yōu)化性能及嵌入式計(jì)算機(jī)的處理器核心的指令處理能力。

　　(5)高速緩存未命中率(Cache Miss Rate)

　　其中Cache Miss為Cache未命中數(shù)，Cache Access為Cache總的訪問(wèn)次數(shù)。緩存未命中率(Cache MissRate)表示在應(yīng)用程序執(zhí)行過(guò)程中，訪問(wèn)存儲(chǔ)器的性能，以及存儲(chǔ)器對(duì)處理器所需要使用到的指令、數(shù)據(jù)的高速支持能力，可以用來(lái)表征表示編譯器的數(shù)據(jù)分布、存儲(chǔ)器系統(tǒng)的組織和訪問(wèn)優(yōu)化能力。

　　在以上5種性能指標(biāo)中，前3種可用于描述整個(gè)嵌入式系統(tǒng)、微處理器、編譯器、運(yùn)行庫(kù)的性能*測(cè)指標(biāo)，后2種主要用于*測(cè)編譯器的優(yōu)化性能。除此以外，某些嵌入式應(yīng)用還需要使用其他性能指標(biāo)，如總線／網(wǎng)絡(luò)帶寬(MBps)和浮點(diǎn)運(yùn)算速度(MFLOPS)等。

　　3嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中的常用測(cè)試方法

　　嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用到的測(cè)試方法，可以是基于靜態(tài)分析的解析方法，也可以是進(jìn)行模擬仿真的方法，也可以是直接運(yùn)行應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)量的方法。

　　3.1 解析法

　　采用分析技術(shù)，假定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)參數(shù)之間存在某種關(guān)系，按工作負(fù)載的驅(qū)動(dòng)條件列出方程，用數(shù)學(xué)方法求解直接得出系統(tǒng)的性能。解析法采用的公式還是很完善，需要假設(shè)系統(tǒng)處于一系列理想狀態(tài)，一般用在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，結(jié)論的正確性需要經(jīng)過(guò)測(cè)量方法的驗(yàn)證。使用解析法，進(jìn)行系統(tǒng)的性能* 價(jià)，需要完備的性能*價(jià)模型。這方面，由于設(shè)計(jì)的層次(板級(jí)設(shè)計(jì)、芯片級(jí)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)級(jí)SoC設(shè)計(jì)等)不同，需要建立的*測(cè)模型也各不相同。往往會(huì)有面積的 *測(cè)模型、功耗的*測(cè)模型等。

　　3.2模擬法

　　按照被*價(jià)的系統(tǒng)的運(yùn)行特性建立一個(gè)系統(tǒng)模型，按照系統(tǒng)可能有的工作負(fù)載特性，建立工作負(fù)載模型并編制出模擬程序，在被*價(jià)系統(tǒng)上運(yùn)行模擬程序，并通過(guò)在其他的系統(tǒng)上運(yùn)行這一模擬程序，通過(guò)程序在不同系統(tǒng)運(yùn)行獲得的性能參數(shù)對(duì)比，就可以得出設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。模擬法也用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段。軟件模擬的方法，往往會(huì)帶來(lái)的誤差，建立的工作負(fù)載模型不可能對(duì)結(jié)果具有相接的影響，使得這一方法得到的結(jié)果往往不能如實(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的真實(shí)性能。

　　3.3 測(cè)量方法

　　測(cè)量技術(shù)是對(duì)投入運(yùn)行的現(xiàn)有嵌入系統(tǒng)進(jìn)行直接測(cè)量，因此它的結(jié)論是真實(shí)、精確和可信的。分析、模擬技術(shù)是基于對(duì)以前的測(cè)量結(jié)果積累歸納得來(lái)的，所以說(shuō)測(cè)量是最基本的*價(jià)技術(shù)。測(cè)量方法需要相應(yīng)的系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境與工具，這樣的測(cè)試組成，可能是專門的測(cè)試硬件設(shè)備、軟件及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。

　　測(cè)量方法要求得出精確的數(shù)值，就需要從概念上和具體的結(jié)構(gòu)上對(duì)待測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行大量的分析，設(shè)計(jì)專門的測(cè)量工具，根據(jù)需要考慮的因素和環(huán)境，進(jìn)行多次的反復(fù)測(cè)量并統(tǒng)計(jì)分析測(cè)量的結(jié)果，因此這一方法也是比較耗時(shí)的。