痞子衡嵌入式：恩智浦i.MX RTxxx系列MCU特性介绍（2）- RT685EVKA性能实测(Dhrystone)

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　　你们好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给你们介绍的是恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的性能。

　　在前面的文章 i.MXRTxxx微控制器概览 里，痞子衡给你们简介过恩智浦半导体在2018年推出的全新跨界微控制器i.MX RTxxx系列，该系列第一款芯片i.MXRT600搭载一颗Cortex-M33控制内核和一颗Tensilica HiFi4 DSP处理内核，该芯片可在超低功耗边缘处理应用中实现高效本地音频预处理、沉浸式3D音频播放和支持语音的体验。今天痞子衡先为你们实测一下其Cortex-M33控制内核的性能，性能测试程序采用经典的Dhrystone算法。

　　关于Dhrystone标准的基本知识，痞子衡以前专门写过一篇文章 微处理器CPU性能测试基准(Dhrystone) ，本篇就是基于了解Dhrystone基本知识以后的一次实践。来，让咱们开始吧。

1、准备工做

1.1 硬件平台NXP i.MX RT600 EVK

　　要开始实测i.MXRT600的Dhrystone，首先你得有一块开发板，恩智浦官网上有i.MXRT600配套的评估板，以下图所示，痞子衡今天用的就是这块板子，板载主芯片型号为iMXRT685EVKA。

1.2 集成开发环境IAR EWARM

　　ARM Cortex-M微控制器的集成开发环境有不少，其中IAR EWARM凭借优良的特性备受广大工程师青睐，今天痞子衡就选用IAR做为软件环境，具体版本为IAR EWARM v8.32.2。

1.3 官方软件开发包NXP MCUXpresso SDK

　　在开始移植Dhrystone程序到i.MXRT685上以前，咱们须要先有一个i.MXRT685的基本hello world的例程，固然咱们能够对着数据手册本身从头写一个，可是这里痞子衡推荐使用官方软件开发包。
　　注册并登陆恩智浦官网，来到 MCUXpresso SDK Builder 页面，在"Select Development Board"里选择EVK-IMXRT685后点击Build MCUXpresso SDK后跳转到下一个页面，在"Developer Environment Settings"里选择IAR并点击Download SDK后即可获得SDK_2.5.0_EVK-MIMXRT685.zip，下面是痞子衡下载的开发包具体版本信息：

2、开始实测

2.1 跑通hello world

　　使用USB线链接电脑与板子的J5 USB口，此时在设备管理器应该能够看到USB虚拟的串口（EVK板载LPC-LINK2调试器内含USB转串口功能，若是看不到串口，请自行安装LPC-LINK2驱动）。
　　打开前一步下载的开发包里的\SDK_2.5.0_EVK-MIMXRT685\boards\evkimxrt685\demo_apps\hello_world\iar\hello_world.eww工程，确认工程option里linker文件选择的是MIMXRT685Sxxxx_ram.icf，而后使用板载调试器直接将工程下载进主芯片的RAM运行。
　　若是工程运行正常，你在串口调试助手（115200，8N1）里应该能看到"hello world."打印输出。

2.2 移植Dhrystone程序

　　以hello_world工程为基础，将从Roy Longbottom的网站下载到的classic_benchmarks.tar.gz包解压，将\classic_benchmarks\source_code\dhrystone2\路径下的以下全部源文件(.c或.h)所有拷贝到hello world工程目录下

\classic_benchmarks\source_code\dhrystone2
                                          \dhry.h          --关于兼容性的原型定义
                                          \dhry_1.c        --主程序入口
                                          \dhry_2.c        --算法子程序

　　将上面全部Dhrystone源文件所有添加进hello_world工程并将工程改名为dhrystone，而后再将工程中原主函数入口文件hello_world.c改名为dhrystone.c，此时基本Dhrystone工程就完成了。但注意此时工程没法编译，由于Dhrystone源文件还须要进一步修改。

2.2.1 适配嵌入式平台

　　咱们下载的Dhrystone源码本用做在PC上运行的，因此源码里面有一些仅适用于PC上运行的代码，好比计时部分、文件I/O部分，须要将这些代码所有删除以适合在嵌入式平台运行。
　　关于计时部分，须要删除dhry_1.c文件里的#include < time.h> 语句，而且删除dhry.h文件里跟TIME宏相关的以下代码：

#ifndef TIME
#define TIMES
#endif
/* Use times(2) time function unless    */
/* explicitly defined otherwise         */

#ifdef TIMES
#include <sys/types.h>
#include <sys/times.h>
/* for "times" */
#endif

　　关于文件I/O部分，须要删除dhry_1.c文件里的#include < stdio.h> 语句，以及以下涉及文件I/O（主要是关于Dhry.txt的操做）的代码：

#include <stdio.h> // 需删除

void main (int argc, char *argv[]) // 需更改成void main(void)
{
    // ...
    // 如下代码需删除
    /* Initializations */
    if (argc > 1)
    {
        switch (argv[1][0])
        {
            case 'N':
                nopause = 0;
                break;
            case 'n':
                nopause = 0;
                break;
        }
    }

    if ((Ap = fopen("Dhry.txt","a+")) == NULL)
    {
        printf(" Can not open Dhry.txt\n\n");
        printf(" Press Enter\n\n");
        int g = getchar();
        exit(1);
    }

    // ...
    {
        // ...
        /************************************************************************
         *                Add results to output file Dhry.txt                   *
         ************************************************************************/
        fprintf (Ap, " #####################################################\n\n");
        fprintf (Ap, " Dhrystone Benchmark 2.1 %s via C/C++ %s\n", options, timeday);
        // ...
        fclose(Ap);
    }
}

2.2.2 板级初始化

　　上一节里已经将dhry_1.c里面的main函数形参int argc, char *argv[]改为了void，因为dhrystone.c（原hello_world.c）里已有main函数，且该main函数中含有板级初始化代码，因此咱们须要将dhry_1.c里的main函数改名（好比可改名为dhrystone()），使dhrystone源码做为子程序来调用，这样便于往不一样MCU平台移植，最后直接dhrystone.c里的main函数中增长dhrystone()的调用便可。

// dhry_1.c文件中
void main (void) // 需更改成void dhrystone(void)
{
    ...
}

// dhrystone.c文件中
int main(void)
{
    /* Init board hardware. */
    BOARD_InitPins();
    BOARD_BootClockRUN();
    BOARD_InitDebugConsole();

    // 增长的dhrystone函数调用
    dhrystone();

    while (1)
    {
    }
}

2.2.3 计时功能

　　原dhry_1.c文件里的关于计时部分的代码应该作一些微调整，time.h头文件的包含应该去除，这是Windows系统里的头文件，start_time(), end_time()是基于time.h里clock_gettime()函数而封装的API，secs是用于记录时间差的变量，这些API和全局变量均可以保留，但须要用MCU里的计时器从新实现。

#include <time.h> // 需删除

void dhrystone (void)
{
    // ...
    do
    {
        start_time();
        // ...
        end_time();
        User_Time = secs;
    }
    while (count >0);
}

　　关于计时器，第一个想到的天然是Cortex-M内核里的SysTick，不过考虑到Dhrystone程序是要跑在300MHz的主频下，而SysTick计时器只有24bit，也就是说即便SysTick->LOAD设最大的reload值0xFFFFFF，也将每隔0.05592s(0x1000000/300MHz)产生一次SysTick中断，而Dhrystone程序至少要跑2s以上，在Dhrystone运行的2s内会产生35次（2/0.05592）SysTick中断，这无疑会下降Dhrystone得分，因此SysTick直接被pass。(备注：SysTick->CTRL[2]用于选择SysTick的时钟源，默认1'b0为Core Clock，1'b1为外部clock，暂未研究这里的外部clock在i.MXRT685上是否能用)。
　　翻看i.MXRT685的参考手册，其支持的计时器种类不少，有CTIMER、SCT、MRT、UTICK、WWDT，就选择比较经常使用的32bit计时器CTIMER吧。
　　以前下载的软件包里也有CTIMER的例程\SDK_2.5.0_EVK-MIMXRT685\boards\evkimxrt685\driver_examples\ctimer，打开simple_match_interrupt.c文件将其中CTIMER初始化相关代码放入新定义的timer_ctimer_init()函数中并在start_time()中调用timer_ctimer_init()一次以完成CTIMER初始化。
　　此外还须要添加定义#define CLOCKS_PER_SEC (16000000)，由于CTIMER选择的时钟源是16MHz。

#define CLOCKS_PER_SEC (16000000)

volatile uint32_t s_timerHighCounter = 0;
void ctimer_match0_callback(uint32_t flags)
{
    s_timerHighCounter++;
}

void timer_ctimer_init(void)
{
    ctimer_config_t config;

    /* Use 16 MHz clock for the Ctimer2 */
    CLOCK_AttachClk(kSFRO_to_CTIMER2);

    CTIMER_GetDefaultConfig(&config);
    CTIMER_Init(CTIMER, &config);

    /* Configuration 0 */
    matchConfig0.enableCounterReset = true;
    matchConfig0.enableCounterStop = false;
    matchConfig0.matchValue = (uint32_t)~0;
    matchConfig0.outControl = kCTIMER_Output_Toggle;
    matchConfig0.outPinInitState = false;
    matchConfig0.enableInterrupt = true;

    CTIMER_RegisterCallBack(CTIMER, &ctimer_callback_table[0], kCTIMER_SingleCallback);
    CTIMER_SetupMatch(CTIMER, CTIMER_MAT0_OUT, &matchConfig0);
    CTIMER_StartTimer(CTIMER);
}

void start_time(void)
{
    timer_ctimer_init();
    s_timerHighCounter = 0;
}

void end_time(void)
{
    uint64_t retVal;
    uint32_t high;
    uint32_t low;
    do
    {
        high = s_timerHighCounter;
        low = CTIMER_GetTimerCountValue(CTIMER);
    } while (high != s_timerHighCounter);
    retVal = ((uint64_t)high << 32U) + low;
    
    CTIMER_StopTimer(CTIMER);

    secs = retVal / (CLOCKS_PER_SEC * 1.0);
}

2.2.4 串口打印功能

　　串口打印功能的改动比较简单，直接把原dhry_1.c文件里的printf()所有替换成PRINTF()便可，PRINTF函数在原hello world工程里已经实现了。

2.3 Dhrystone参数配置

　　痞子衡在Dhrystone标准的基本知识介绍里说过，Dhrystone几乎没有参数配置，惟一须要注意的就是REG，Cortex-M33平台支持register关键字，因此咱们在IAR工程option里宏定义框内加上 REG=register。
　　此外咱们还须要在宏定义框内设置额外两个宏 NUMBER_OF_RUNS、CORE_FREQ_MHz，前者表明跑dhrystone核心算法程序的总次数，后者是当前MCU实际运行主频。最后还须要设置一下IAR的优化选项，以下图所示：

2.4 输出Dhrystone结果

　　到这里Dhrystone的移植工做就彻底结束了，此时Dhrystone工程也应该能正常编译了。为获得最高的Dhrystone得分，最后须要再肯定两件事：1、Core Clock是否肯定配置为300MHz；2、工程代码段/数据段是否放在了SRAM。
　　打开clock_config.c文件，查看BOARD_BootClockRUN()函数，ARM Core/AHB时钟仅保守地配了250MHz，让咱们修改Pfd0的分频系数，从19修改成16，直接超频到300MHz。

void BOARD_BootClockRUN(void)
{
    // ...

    CLOCK_InitSysPll(&g_configSysPll); /* Configure system PLL to 528Mhz. */
    /* Valid PFD values are decimal 12-35. */
    // 将分频系数修改16
    // CLOCK_InitSysPfd(kCLOCK_Pfd0, 19); /* Enable main PLL clock 500MHz. */
    CLOCK_InitSysPfd(kCLOCK_Pfd0, 16); /* Enable main PLL clock 594MHz. */

    // ...

    /* Let CPU run on SYS PLL PFD0 with divider 2. */
    CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivSysCpuAhbClk, 2);
    CLOCK_AttachClk(kMAIN_PLL_to_MAIN_CLK);

    // ...
}

　　再打开MIMXRT685Sxxxx_ram.icf文件，查看text/data段确实放在了SRAM里(0x0 - 0x47FFFF)：

define symbol m_interrupts_start               = 0x00080000;
define symbol m_interrupts_end                 = 0x00080143;

define symbol m_text_start                     = 0x00080144;
define symbol m_text_end                       = 0x001BFFFF;

define symbol m_data_start                     = 0x001C0000;
define symbol m_data_end                       = 0x002FFFFF;

　　还等什么？将Dhrystone工程赶忙下载进芯片并打开串口调试助手看Dhrystone得分啊。痞子衡实测的Dhrystone得分为411 DMIPS，1.37 DMIPS/MHz，这跟ARM官方公布的CM33内核Dhrystone得分1.5 DMIPS/MHz有点差距。

　　对于Dhrystone得分没上1.5 DMIPS/MHz，痞子衡固然不服，鉴于以前在 RT1052上测试CoreMark性能 的经验，咱们知道低版本的IAR在速度优化上表现要更好，因此咱们继续用IAR 7.80.4再测一遍，这一次获得了440 DMIPS，1.466 DMIPS/MHz，这才差很少接近ARM官方指标。

　　想偷懒的朋友直接移步痞子衡的github https://github.com/JayHeng/Cortex-M-Apps 去下载移植好的工程，工程在\Cortex-M-Apps\apps\dhrystone_imxrt685\bsp\下面。

　　至此，恩智浦i.MX RTxxx系列MCU的Dhrystone性能与实测痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~