使用系統(tǒng)總線測(cè)量和改善嵌入式系統(tǒng)的性能

表2顯示了該系統(tǒng)的基準(zhǔn)性能。從該表可以看出，即使是這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，我們也只利用了可用總帶寬的一小部分。指標(biāo)寄存器使我們可以看到系統(tǒng)總線的活動(dòng)情況，并幫助我們明白性能較低的原因。基于這些信息，我們將能夠應(yīng)用某些優(yōu)化技術(shù)來(lái)提高性能。

第2步 使用指標(biāo)寄存器
對(duì)于這些情況，外部存儲(chǔ)器延遲通常是吞吐率低的原因。我們將首先考察DDR讀/寫訪問(wèn)總數(shù)和離頁(yè)DDR訪問(wèn)總數(shù)。

從圖1可以看出，計(jì)數(shù)寄存器的讀取和寫入訪問(wèn)表明，訪問(wèn)只針對(duì)一個(gè)組(組0)，頁(yè)激活數(shù)占訪問(wèn)總數(shù)的25％。這意味著，由于緩存影射到組0的不同頁(yè)，DMA訪問(wèn)在同一組中的空間位置很小。由于源緩存和目標(biāo)緩存在不同的頁(yè)上，每次DMA訪問(wèn)均存在一次離頁(yè)訪問(wèn)。

第3步 提高性能
把緩存放在不同的DDR組中可減少離頁(yè)訪問(wèn)。如果把緩存放在不同的組中，則僅當(dāng)某個(gè)通道穿越頁(yè)邊界時(shí)才會(huì)發(fā)生離頁(yè)訪問(wèn)。Blackfin BF54x的DDR控制器支持最多同時(shí)打開8個(gè)內(nèi)部DDR組，因此可以把四個(gè)緩存分別映射到不同的組。

2 示例2
在上面的例1中，只有很少的資源(兩個(gè)MDMA通道)訪問(wèn)單個(gè)DDR存儲(chǔ)器組，系統(tǒng)行為在一段時(shí)間內(nèi)不變。因此，可通過(guò)提取指標(biāo)寄存器的快照來(lái)理解系統(tǒng)總線的活動(dòng)并捕捉空間位置。在更為實(shí)際的系統(tǒng)中，可能有多個(gè)資源(內(nèi)核、多個(gè)DMA通道)訪問(wèn)多個(gè)DDR存儲(chǔ)器組和系統(tǒng)總線，致使在較小的時(shí)間區(qū)間內(nèi)DDR數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式迅速變化。在這些情況下，難以僅僅利用指標(biāo)寄存器的一個(gè)快照來(lái)捕捉空間位置和系統(tǒng)行為。因此，必須捕捉在應(yīng)用執(zhí)行過(guò)程中在多個(gè)點(diǎn)的總線活動(dòng)情況來(lái)探索空間位置。 為了說(shuō)明這一點(diǎn)，考慮這樣一個(gè)情況，總線在時(shí)間區(qū)間T的活動(dòng)表明，對(duì)所有組的訪問(wèn)是均衡的，但離頁(yè)訪問(wèn)比例較高，但在較小時(shí)間區(qū)間(T1、T2，其中T1+T2=T)中記錄的總線活動(dòng)表明對(duì)各組的訪問(wèn)是不均衡的，見圖2。如果緩存布局可對(duì)時(shí)間區(qū)間T1和T2分別進(jìn)行優(yōu)化，則有可能顯著改善系統(tǒng)性能。

圖2 在時(shí)間區(qū)間T、T1和 T2的系統(tǒng)總線活動(dòng)(T > T1+T2)

困難在于如何找到對(duì)系統(tǒng)資源的訪問(wèn)方式始終如一，進(jìn)而可使用一組相同優(yōu)化技術(shù)的時(shí)間區(qū)間。這可能需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行多次迭代分析。

定期捕捉指標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)裝置
在本節(jié)中，介紹定期記錄指標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)裝置。如圖3所示，一臺(tái)PC用作主機(jī)，通過(guò)利用JTAG接口進(jìn)行通信的后臺(tái)遙測(cè)通道(BTC)收集來(lái)自Blackfin的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄程序運(yùn)行在PC上，并定期向Blackfin處理器發(fā)送BTC指令。作為回應(yīng)，Blackfin處理器把指標(biāo)寄存器的快照發(fā)送給主機(jī)。

圖3 定期捕捉指標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)裝置

Blackfin處理器使用一個(gè)通用定時(shí)器定期地產(chǎn)生中斷。在定時(shí)器發(fā)出中斷時(shí)，指標(biāo)寄存器的內(nèi)容被讀出并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，存儲(chǔ)的指標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)通過(guò)BTC通道發(fā)送到PC。BTC通道支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)3Mbps。

Now consider an example program where multiple buffers are mapped in the DDR memory and memory DMA's are used to transfers data between these buffers.現(xiàn)在考慮一個(gè)示例程序，該程序有多個(gè)緩存影射到DDR存儲(chǔ)器中，并使用存儲(chǔ)器的DMA在這些緩存之間傳輸數(shù)據(jù)。

圖4 在外部DDR存儲(chǔ)器中多組數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦?P>
在這個(gè)例子中，MDMA0從srcBuffer0向dstBuffer0傳輸4KB的數(shù)據(jù)，MDMA1從 srcBuffer01向dstBuffer1傳輸4KB的數(shù)據(jù)。最開始只啟動(dòng)MDMA0，在MDMA0數(shù)據(jù)傳輸完成后，MDMA1通道啟用，反之亦然，這種方式導(dǎo)致在各個(gè)時(shí)間區(qū)間存儲(chǔ)器組訪問(wèn)數(shù)發(fā)生變化。在這個(gè)例子中，指標(biāo)寄存器一個(gè)快照顯示了下面情況(見圖5)。從這個(gè)數(shù)字無(wú)法看出哪個(gè)存儲(chǔ)器組引起頁(yè)錯(cuò)失，以及哪個(gè)數(shù)據(jù)流通道應(yīng)對(duì)產(chǎn)生頁(yè)錯(cuò)失負(fù)責(zé)。周期性地多次觀測(cè)指標(biāo)寄存器可幫助我們找到帶寬利用率低的原因。