使用系統(tǒng)總線測量和改善嵌入式系統(tǒng)的性能

了解系統(tǒng)總線的活動情況可幫助開發(fā)工程師顯著改善嵌入式應(yīng)用的性能。過去，由于嵌入式處理器缺乏復(fù)雜的軟硬件結(jié)合特性，因此監(jiān)測系統(tǒng)總線的活動情況是一項挑戰(zhàn)性難題。在系統(tǒng)級了解應(yīng)用程序的行為對于有效利用系統(tǒng)資源非常關(guān)鍵，這些資源包括外部存儲器、DMA控制器、仲裁、系統(tǒng)總線互連等。

Blackfin BF54x系列處理器提供性能計數(shù)器(指標寄存器)，可幫助應(yīng)用開發(fā)工程師在系統(tǒng)級別了解應(yīng)用程序的行為。在掌握應(yīng)用程序行為后，開發(fā)工程師可使用一些系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)來提高性能和降低功耗。

在本文中，將介紹性能指標寄存器的各種配置，并提供在Blackfin處理器上利用它們的軟硬件接口實例。此外，還針對一些典型的應(yīng)用情形給出了提高性能的方法。

指標寄存器的定義
在典型的實際應(yīng)用中有多種資源，如內(nèi)核處理器、外設(shè)DMA，以及可同時訪問外部存儲器和幾個系統(tǒng)總線的MDMA(存儲器到存儲器的DMA)。性能指標寄存器提供了一種捕捉外部存儲器組訪問數(shù)、頁錯失數(shù)、總線流量數(shù)和總線轉(zhuǎn)向數(shù)的方式，有效地利用從這些寄存器獲得的數(shù)據(jù)可顯著提高系統(tǒng)的資源利用率。

表1是Blackfin BF54x系列處理器提供的指標寄存器及其簡要說明。

我們可以使用存儲器組讀/寫寄存器、組激活計數(shù)寄存器和總線轉(zhuǎn)向寄存器來改善應(yīng)用程序的代碼和數(shù)據(jù)外部存儲器布局。授權(quán)計數(shù)寄存器(EBIU_DDRGCx)可幫助合理定義系統(tǒng)仲裁策略，還能實現(xiàn)高的系統(tǒng)吞吐率。

我們可以利用代碼和數(shù)據(jù)項映射到外部存儲器的時間區(qū)間和空間位置來減少外部存儲器的延遲。在通常情況下，要捕捉應(yīng)用程序的空間位置和時間區(qū)間，需要記錄在程序執(zhí)行期間的代碼和數(shù)據(jù)對象的蹤跡。然而，對于一些簡單的應(yīng)用程序來說，利用指標寄存器的關(guān)鍵數(shù)據(jù)就可以揭示外部存儲器中的不良映射代碼和數(shù)據(jù)項。

下面探討一些應(yīng)用情形，以及利用從這些指標寄存器得到的信息進行優(yōu)化的一些簡單技術(shù)。

示例的使用
下面將介紹如何分析和解讀從指標寄存器獲得的信息，并在此基礎(chǔ)上討論如何運用簡單的優(yōu)化技術(shù)來提高應(yīng)用的性能。

1 示例1
在這個示例中，多個數(shù)據(jù)緩存映射到外部存儲器，并使用存儲器DMA通道把一組緩存的內(nèi)容復(fù)制到另一組緩存。本實驗中共有4個緩存，規(guī)模均為32KB。所有緩存均映射到DDR的Bank0并從地址0×0開始連續(xù)放置。圖1顯示了映射到外部存儲器的四個緩存的默認布局。在這個例子中，兩個存儲器DMA通道采用自動緩沖模式不間斷地把兩個緩存的內(nèi)容傳送到另外兩個緩存。下面介紹一個三步過程，利用從指標寄存器獲得的信息并相應(yīng)地使用一些系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，該過程可把性能提高到原系統(tǒng)的1.5倍。

圖1 未優(yōu)化時的指標寄存器數(shù)據(jù)

第1步 基本系統(tǒng)性能
我們使用系統(tǒng)的平均吞吐率來量化系統(tǒng)的性能。平均吞吐率按下式計算：
平均吞吐率=“讀出和寫入DDR存儲器的數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)”/秒
系統(tǒng)總線活動的時間區(qū)間使用內(nèi)核計時器來設(shè)置。通過設(shè)置，該定時器在到達實驗設(shè)定的時間區(qū)間時產(chǎn)生一個中斷。該計時器在存儲器DMA通道開始啟用之前啟動，然后，在內(nèi)核計時器ISR中禁用存儲器DMA通道。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量用相應(yīng)的計數(shù)器在DMA通道的中斷服務(wù)程序中進行測量。每次緩存?zhèn)鬏敭a(chǎn)生一個中斷，DMA ISR每調(diào)用一次則計數(shù)器加1。由于所有的存儲器DMA通道均運行在自動緩沖模式，在最終計算吞吐率時，通道中斷延時不需計算在內(nèi)。對于這個測量，定時器中斷延時由于數(shù)值很小不計算在內(nèi)。