详解MCU性能指标：CoreMark和Dhrystone跑分

电子电路开发学习 2021-12-04 09:25

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CoreMark以每秒迭代次数作为性能评价，而Dhrystone的DMIPS与Dhrystone标准相关。

本文讨论CoreMark，先来看看MCU厂家如何宣传自家产品性能。

NXP i.MX RT1170，CoreMark：6468 ；ST STM32H747/757 CoreMark：3224

▍揭开神秘面纱：CoreMark是什么？为什么它可以作为MCU的性能指标？这个数是怎么计算出来的？

CoreMark是衡量嵌入式系统中微控制器性能的基准。通过包含列表处理（查找和排序）、矩阵处理（常见的矩阵操作）、状态机（确定输入流是否包含有效数字）和CRC（循环冗余校验）等算法的测试给出性能评价。需要下载的软件包是免费开源的，可以在官方网站找到：EEMBC’s CoreMark®，网页截图如下。部分朋友无法直接下载的，文末进入“阅读原文”也提供下载好的软件包。

▍作业不难：怎么将CoreMark移植到自己的MCU上？运行CoreMark需要哪些外设支持？

51单片机也可以跑CoreMark的，所以硬件上不用担心。运行CoreMark，需要定时器提供计时功能，还需要一种向外部打印消息的手段。一个比较简单的方法是，调用stdio.h中定义的printf()函数，将其重定向到串口。现以使用STM32CubeIDE将CoreMark移植到STM32G071为例进行说明。

● Step1：复制必要文件到目标工程。现已准备好目标MCU的软件工程，其文件结构如下图右侧所示。从CoreMark官网获得软件包，软件包解压后文件结构如下图左侧所示。在右侧软件工程中新建文件夹CoreMark，将左侧绿色框中，core_list_join.c、core_main.c、core_matrix.c、core_state.c、core_util.c、coremark.h等文件放到CoreMark文件夹里。打开左侧simple文件夹，将core_portme.c复制到Src文件夹中，将core_portme.h复制到Inc文件夹中。

（彩色高亮标记与图中颜色标记对应，共5个步骤）

● Step2：由于core_main.c文件已定义了main()函数，该main()函数执行时调用core_portme.c中的portable_init()函数作为MCU初始化接口，因此需要将MCU工程中原main.c文件MCU初始化代码移动到到portable_init()函数里并删除原有main.c文件。以STM32CubeIDE工程为例，需要移动SystemClock_Config和一堆MX_开头的初始化函数（注意相关结构体、函数原型与函数实现要一起移动）。

● Step3：CoreMark的分数最终表示为Iterations/Sec，也就是每秒迭代数，而Sec和系统Ticks相关。用过RTOS的朋友应该对这个概念很熟悉，考虑文字不太好解释，直接看core_portme.c里这个宏定义。

#define EE_TICKS_PER_SEC    1000

● 这里我定义每秒1000个Tick，每个Tick时长1ms，对应定时器每1ms触发一次中断。使用一个计数变量，定时器进入中断一次，该变量值+1；对该变量值/1000即可求得定时器运行时长，也就是上文的Sec。所以EE_TICKS_PER_SEC并非一定要设置为1000，和定时器中断频率对应即可。与定时相关的函数有以下三个。

void start_time(void)；//启动计时器；void stop_time(void)；//停止计时器；CORE_TICKS get_time(void)；//获取计时器的计数值。

● 在start_time()里实现定时器启动功能，在stop_time()里实现定时器停止功能，在get_time()中获取中断计数值。数据类型“CORE_TICKS ”实际上就是“unsigned long”。为方便操作，推荐将计数变量设置为全局变量，这样可以通过extern关键字直接访问。此处以TIM1为例，代码如下：


//计数变量unsigned long time_ms_ticks=0;
//定时器启动void start_time(void){  (&htim1)->State = HAL_TIM_STATE_BUSY;  __HAL_TIM_ENABLE(&htim1);  __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim1, TIM_IT_UPDATE);}
//定时器停止void stop_time(void){  __HAL_TIM_DISABLE_IT(&htim1, TIM_IT_UPDATE);  __HAL_TIM_DISABLE(&htim1);  (&htim1)->State = HAL_TIM_STATE_READY;}
//获取中断计数值CORE_TICKS get_time(void){  return time_ms_ticks;}
//中断处理函数extern unsigned long time_ms_ticks;void TIM1_BRK_UP_TRG_COM_IRQHandler(void){  HAL_TIM_IRQHandler(&htim1);  time_ms_ticks=time_ms_ticks+1;}

● 注释部分不使用的代码。以下代码位于core_portme.c中，需要注释掉：

//#define NSECS_PER_SEC              CLOCKS_PER_SEC//#define CORETIMETYPE               clock_t//#define GETMYTIME(_t)              (*_t = clock())//#define MYTIMEDIFF(fin, ini)       ((fin) - (ini))//#define TIMER_RES_DIVIDER          1//#define SAMPLE_TIME_IMPLEMENTATION 1
//static CORETIMETYPE start_time_val, stop_time_val;

● CoreMark要求的最短测试时间为10s，若测试时间低于10s则会报错，见下图：

● 为获得有效的测试结果，需修改core_portme.c中关于ITERATIONS的设置，官方代码中ITERATIONS没有定义：

volatile ee_s32 seed4_volatile = ITERATIONS;

● 此处使用STM32G071，主频64MHz。经测试ITERATIONS修改为1200左右即可。

volatile ee_s32 seed4_volatile = 1200;

● Step4：打印测试结果时，编译器优化等级和调试等级也可以打印出来。这类信息可在core_portme.h中通过宏COMPILER_FLAGS修改。这里我使用-Ofast优化，调试等级-g3，修改如下：

#ifndef COMPILER_FLAGS#define COMPILER_FLAGS "-Ofast -g3"#endif

● 重定向printf到串口，可参考以下代码（以STM32 LPUART1为例），根据IDE不同可能需要添加float类型支持：

__io_putchar (int ch){  HAL_UART_Transmit (&hlpuart1, (uint8_t*) &ch, 1, 0x0F);  return ch;}

● Step5：移植完成！编译程序下载运行，得到跑分结果：

STM32G071RB，64MHz，108.9分！

通常使用最高主频和-Ofast优化可以获取最大分数，欢迎大家把自己的跑分放到评论区。

coremark-main.zip (474.42 KB) 如需文件，请点击“阅读原文”

END

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