程序性能(1)嵌入式基準測試工具

Author：Once Day date: 2025年4月19日

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參考文檔:

• CPU Benchmark – MCU Benchmark – CoreMark – EEMBC Embedded Microprocessor Benchmark Consortium
• CPU性能測試——CoreMark篇 - Imagine_Miracle - 博客園
• Iozone Filesystem Benchmark
• iozone磁盤讀寫測試工具的使用以及命令詳解、下載（網站最詳細講解步驟）_iozone參數詳解-CSDN博客
• RAMspeed SMP Benchmark - OpenBenchmarking.org

1. 通用嵌入式基準測試工具

在嵌入式設備開發中，進行 CPU、IO 和內存的基準測試（Benchmark） 是評估系統性能的重要手段。以下是一些常用的基準測試工具，適用于不同的嵌入式平臺（如 ARM Cortex 系列、RISC-V、MIPS 等）：

（1）CoreMark

• 測試內容：CPU性能（整數運算、控制流、內存訪問等）
• 優點：專為嵌入式系統設計，小巧、無需操作系統
• 平臺支持：幾乎所有架構（ARM、RISC-V、MIPS 等）

CoreMark 是 EEMBC 推出的最常用嵌入式 CPU benchmark，常用于芯片廠商性能對比。

（2）Dhrystone

• 測試內容：整數運算性能、控制結構等
• 適用場景：無需浮點運算的 CPU 基準測試
• 優點：代碼簡單、移植性好
• 缺點：已較老舊，不代表現代應用性能

（3）Linpack (嵌入式版本)

• 測試內容：浮點性能（FLOPS）
• 適用場景：帶有 FPU 的嵌入式處理器
• 說明：需要設備支持浮點運算，否則會測試失敗

（4）IOzone (嵌入式 Linux 下)

• 測試內容：文件系統 IO 性能（讀取、寫入、隨機訪問等）
• 適用平臺：嵌入式 Linux（如 Yocto、Buildroot）

# 示例：測試寫入性能
iozone -a -g 64M -i 0 -i 1 -i 2

（5）dd 命令

• 測試內容：原始讀寫速度
• 適用平臺：Linux/Unix 系統

# 寫入測試
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=100 oflag=direct# 讀取測試
dd if=testfile of=/dev/null bs=1M count=100 iflag=direct

（6）RAMspeed / RAMbench

• 測試內容：內存讀寫速度、帶寬
• 適用平臺：帶 Linux 的嵌入式系統

# RAM 帶寬測試（整數）
ramspeed -b int# RAM 帶寬測試（浮點）
ramspeed -b float

工具選擇建議：

需求類型	推薦工具	是否需要操作系統
CPU（整數）	CoreMark, Dhrystone	否 / 任意
CPU（浮點）	Linpack	否 / 任意
IO 性能	IOzone, dd	是（Linux）
內存帶寬/延遲	RAMspeed	是（Linux）

2. CoreMark使用

CoreMark是一個開源的處理器基準測試程序，用于評估處理器的性能。它由EEMBC(Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)開發，測試內容包括常見的處理器操作，如整數運算、矩陣操作、狀態機等，通過運行一系列測試并計算總分來衡量處理器性能。

CoreMark的主要特點:

• 開源免費，代碼簡潔，可移植性強，方便在不同平臺上使用。
• 測試內容覆蓋常見處理器操作，結果具有一定代表性。
• 計算量適中，可在各類處理器上運行，從低端單片機到高端應用處理器。
• 測試結果單位為CoreMark/MHz，便于跨平臺比較。

使用CoreMark基準測試的步驟:

1. 下載CoreMark源代碼，官網Release Tag of official release v1.01 from 2009 · eembc/coremark。
2. 根據目標平臺修改配置文件core_portme.h和core_portme.c，配置時鐘頻率、迭代次數、打印選項等，實現三個關鍵函數:開始測試、結束測試和時間計數。
3. 編譯源文件生成可執行程序。
4. 運行程序，測試過程中會打印迭代進度。
5. 測試完成后輸出運行時間、迭代次數和CoreMark得分。

在linux環境下測試比較簡單，修改linux64/core_portme.mak文件即可：

...
# 注釋掉,利用環境變量傳遞編譯器
# CC = gcc
...
# 添加環境變量的CFLAGS
PORT_CFLAGS := -O2 $(CFLAGS)
...
# 添加環境變量的LDFLAGS
LFLAGS_END += $(LDFLAGS) -lrt
...

使用make compile PORT_DIR=linux64直接編譯目標二進制文件，拷貝到設備上運行即可。

root@90cfc5ecd444:~/workspace/packages/coremark-1.01# cat run1.log 
2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 14154
Total time (secs): 14.154000
Iterations/Sec   : 28260.562385
Iterations       : 400000
Compiler version : GCC13.3.0
Compiler flags   : -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt
Memory location  : Please put data memory location here(e.g. code in flash, data on heap etc)
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x65c5
Correct operation validated. See readme.txt for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 28260.562385 / GCC13.3.0 -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt / Heap

運行參數：CoreMark大小為666字節，運行400000次迭代，編譯器版本為GCC 13.3.0。

編譯器參數為-O2 -DPERFORMANCE_RUN=1 -lrt，其中-O2表示優化等級為2，-DPERFORMANCE_RUN=1表示定義了性能運行宏，啟用了性能測試模式，-lrt表示鏈接了實時庫。內存位置為堆(Heap)。

運行結果:

• 總計運行了14154個ticks(時鐘周期)。
• 總運行時間為14.154秒。
• 每秒迭代次數為28260.562385次。
• 完成了400000次迭代。
• CRC校驗結果正確,分別給出了list、matrix、state和final的CRC值。

CoreMark得分為28260.562385，即每兆赫運行28260.562385次迭代。

3. IOzone 使用

IOZone是一個廣泛使用的文件系統基準測試工具，用于測試不同操作系統下文件系統的性能。它可以測試讀、寫、重讀、重寫等多種操作，從而全面評估文件系統的I/O性能。下面介紹如何在嵌入式設備上使用IOZone進行性能測試：

在嵌入式設備上安裝IOZone。可以從官網下載源碼編譯，也可以使用已編譯好的二進制文件。將IOZone拷貝到嵌入式設備的文件系統中。

基本用法是：

iozone -a [-s filesize] [-r recordsize] [-f pathname]

• -a 自動測試模式，會自行運行全部的測試，也可以通過-i運行指定的測試用例。
• -s 指定測試文件的大小，單位為KB。建議設置為可用內存的2倍，以免影響結果。
• -r 指定記錄大小，單位為KB。記錄大小會影響I/O性能。
• -f 指定測試文件的路徑。

例如：

測試參數：記錄大小(Record Size)為16384 kB，即16MB。文件大小(File size)設置為8388608 kB，即8GB。-a 表示自動模式，測試全部操作，-f 指定測試文件路徑，-r 設置記錄大小為16MB，-s 設置文件大小為8GB。

處理器緩存大小設置為1024 kB，處理器緩存行大小設置為32字節，文件Stride大小設置為記錄大小的17倍。

測試結果的單位為kBytes/sec，即每秒傳輸的KB數。每一列代表一項測試指標：

• write: 1106269 kB/s，順序寫性能。
• rewrite: 1324957 kB/s，順序重寫性能。
• read: 1597475 kB/s，順序讀性能。
• reread: 1599842 kB/s，順序重讀性能。
• random read: 1782057 kB/s，隨機讀性能。
• random write: 1361914 kB/s，隨機寫性能。
• bkwd read: 1678651 kB/s，倒序讀性能。
• record rewrite: 3534785 kB/s，記錄重寫性能。
• stride read: 1791199 kB/s，跳躍讀性能。
• fwrite: 1306302 kB/s，文件寫性能。
• frewrite: 1272293 kB/s，文件重寫性能。
• fread: 1620173 kB/s，文件讀性能。
• freread: 1625551 kB/s，文件重讀性能。

d rewrite: 3534785 kB/s，記錄重寫性能。

• stride read: 1791199 kB/s，跳躍讀性能。
• fwrite: 1306302 kB/s，文件寫性能。
• frewrite: 1272293 kB/s，文件重寫性能。
• fread: 1620173 kB/s，文件讀性能。
• freread: 1625551 kB/s，文件重讀性能。

可以看出，該設備順序讀寫性能在1.1-1.5 GB/s左右，隨機讀寫略高一些，達到了1.3~1.7 GB/s。倒序讀和跳躍讀也有接近1.7 GB/s的表現。記錄重寫和文件讀寫的速度也都在1.2 GB/s以上，整體I/O性能表現不錯。