《电子技术应用》

Cortex-M处理器性能考虑

ARM 作者:Joseph Yiu
2017/4/19 14:50:00

5.1 通用数据处理能力

       在通用微控制器市场,benchmark数据经常用来衡量微控制器的性能,表7是Cortex-M处理器常用benchmark测试的性能数据:

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表 7: Cortex-M处理器常用benchmakr的性能分数

(来源:CoreMark.org 网站 and ARM 网站)

关于Dhrystone需要注意的是用来测试的Dhrystone是由官方源程序在没有启用inline and 和multi-file compilation编译选项的情况编译出来的(官方分数)。但是,很多微控制器厂商引用的是完全优化编译的Dhrystone测试出来的数据。

但是,benchmark工具的性能测试数据可能无法准确反应你的应用能达到的性能。例如,单周期I/O接口和DSP应用中使用SIMD,或者Cortex-M4/M7中使用FPU的加速效果并没有在这些测试数据中体现出来。

通常,Cortex-M3 和 Cortex-M4由于以下原因提供了更高的数据处理性能:

· 更丰富的指令集

· 哈佛总线架构

· 写缓存(单周期写操作)

· 跳转目标的预测取指

Cortex-M33也是基于哈佛总线的架构,有丰富的指令集。但是不像Cortex-M3 和 Cortex-M4,Cortex-M33处理器流水线是重新设计的高效流水线,支持有限的指令双发射(可以在一个时钟周期中执行最多两条指令)。

Cortex-M7支持更高的性能,这是因为M7拥有双发射六级流水线并支持分支预测。而且,通过支持指令和数据Cache,和即便使用慢速内存(例如,嵌入式Flash)也能避免性能损失的紧耦合内存,来实现更高的系统级性能。

但是,某些I/O操作密集的任务在Cortex-M0+上运行更快,这是因为:

· 更短的流水线(跳转只需要两个周期)

· 单周期I/O端口

当然也有设备相关的因素。例如,系统级设计,内存的速度也会影响到系统的性能。

你自己的应用程序经常是你需要的最好的benchmark。CoreMark分数是另外一个处理器两倍的处理器并不意味着执行你的应用也快一倍。对I/O密集操作的应用来说,设备相关的系统级架构对性能有巨大的影响。

5.2 中断延迟

       性能相关的另外一个指标是中断延迟。这通常用从中断请求到中断服务程序第一条指令执行的时钟周期数来衡量。表8列出了Cortex-M处理器在零等待内存系统条件下的中断延迟比较。

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表 8: 零等待内存系统条件下的中断延迟比较

事实上,真正的中断延迟受到内存系统等待状态的影响。例如,许多运行频率超过100Mhz的微控制器搭配的是非常慢的Flash存储器(例如30到50MHz)。虽然使用了Flash访问加速硬件来提高性能,中断延迟仍然受到Flash存储系统等待状态的影响。所以完全有可能运行在零等待内存系统Cortex-M0/M0+系统比Cortex-M3/M4/M7有更短的中断延迟。

当评估性能的时候,不要忘记把中断处理程序的执行时间考虑在内。某些8位或者16位处理器架构可能中断延迟很短,但是会花费数倍的时钟周期完成中断处理。非常短的中断响应时间和很短的中断处理时间才是实际有效的。


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