TW557423B - Performance measurement for embedded systems - Google Patents

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TW557423B TW091110221A TW91110221A TW557423B TW 557423 B TW557423 B TW 557423B TW 091110221 A TW091110221 A TW 091110221A TW 91110221 A TW91110221 A TW 91110221A TW 557423 B TW557423 B TW 557423B
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Description

557423 A7 B7 五、發明説明(i ) 發明領域 本發明與使用内嵌系統内指定邏輯的性能量測領域有 關。 發明背景 内嵌系統係用來控制、監視或協助設備、機器或較大型 系統操作的裝置。術語「内嵌」反映這些組件屬於整體系 統之集成部份的事實。換言之,系統包含自己的内嵌控制 器,而不是依賴一般用途電腦來控制系統操作。 所有内嵌系統皆是電腦或控制系統。但是,與一般用途 個人電腦相比,部份内嵌系統是非常簡單的裝置。最簡單 的裝置都是由一單一微處理器或微控制器所組成,而_微處 理器或微控制器可能與其他晶片封裝在一起,或與其他晶 片封裝一起在專用積體電路(ASIC)中。ASIC輸入來自偵測 器或感測器,並且ASIC輸出通到開關或啟動器,而開關或 啟動器可(例如)啟動或停止機器運作或執行某些其他運 作。 ASIC是一種專為特定應用所自訂設計的晶片,而不是如 微處理器之類的一般用途晶片。使用ASIC可改善整個一般 用途CPU的性能,因為ASIC是執行特定工作的「硬體」, 並且不需要擷取及解譯所儲存指令的内部操作。ASIC晶片 儘可能迅速執行電子運作,·當然,前提是電路設計是高效 率設計。 最簡單的内嵌系統皆能夠只執行單一功能或一組功能, -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 557423 A7 B7 五、發明説明(2 ) 以符合單一預先決定用途。在最複雜的系統中,内嵌系統 的功能係由應用程式決定,以使内嵌系統能夠執行特定應 用。擁有不同操作程式的能夠使同一系統可用於各種不同· 的用途。在某些情況下,微處理器可能被設計,以便能夠 將特定用途的應用程式軟體新增至第二處理序中的基本軟 體,而可能不會被進一步變更。特定應用程式軟體有時候 被稱為勃體。 通常,會將内嵌系統與儲存於唯讀記憶體(ROM)中的程 式一起置於單一微處理器電路板上。實際上,具有數位介 面(如,錶、微波爐、VCR、汽.車等等)所有設備都利用内 嵌系統。某些内嵌系統包括作業系統,但是許多内嵌系統 非常專門,而可能藉由單一程式來實施整個邏輯。 韌體設計人員通常需要微調其軟體以適用於給定的目標 平台(例如,目標内嵌系統)。此類的微調通常需要修改軟 體,以便嘗試及達成所期望結果。 一項微調軟體的此類技術涉及使用基準機制以量測内嵌 系統性能。例如,1984年由R.P.Wecker最先開發的 Dhrystone基準軟體程式(下文稱為「Dhrystone」)是用於測 試内嵌系統性能的基準測試。Dhrystone屬於精簡型,可在 公共領域廣泛取得,並且容易使用。Dhrystone依據基準來 比較處理器性能與參考機器性能。使用Dhrystone存在顯著 的缺點。Dhrystone結果易於反映C編譯程式及程式庫的性 能,更甚於反映處理器本身的性能。
Dhry stone程式碼非常精簡(例如,屬於大約100個高階語 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 557423 A7 B7 五、發明説明(3 ) 言陳述式的等級,並且只佔用1-1.5kB已編譯程式碼)。由 於屬於小型程式碼,所以不會運用快取區範圍外的記憶體 存取。因此,Dhrystone僅僅測試整個核心的性能。但是, 大部份處理器核心包括内嵌快取記憶體,而整體記憶體階 層結構及大量管理記憶體的方式會影響系統設計及性能。 如Dhrystone之類的基準工具不量測對記憶體管理及系統效 能的改良。本發明認識到需要且期望一種機制以協助量測 内嵌系統的實際微處理器性能,而不是僅決定内嵌系統的 基準是否已達成特定準則。 發明概要 · 在一項具體實施例中,本發明提供一種内嵌系統性能量 測方法。該方法包括起始該内嵌系統。該方法還包括在該 内嵌系統上載入指令,以讀取一性能量測遮罩。該方法還 包括執行該等指令,並且藉此促使讀取該性能量測遮罩。 該方法進一步包括分析該性能量測遮罩組態,以決定要量 測的性能度量資訊。另外,該方法包括依據該等量測性能 度量資訊,以在該内嵌系統上執行複數個性能監視工作。 該等性能度量資訊可能是下列示範性度量資訊的一項或一 項以上度量資訊:一特定常式的整體執行時間、該特定常 式中執行的指令週期數、該特定常式中的快取區命中數 目、該特定常式中的記憶體.讀取總數、該特定常式中的記 憶體存取(讀取及寫入)總數、該特定常式中的控制匯流排 讀取週期數、該特定常式中的控制匯流排週期(讀取及寫 入)數、該特定常式中的非可快取讀取週期數及該特定常 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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線 557423 A7 B7 五、發明説明(4 ) 式中的非可快取存取週期(讀取及寫入)總數。最好依據一 包含於該内嵌系統内之遮罩中的控制旗標狀態來記綠該等 性能度量資訊。依據該等度量資訊,設計人員可微調軟體-以適用於該内嵌系統。 在另一項具體實施例中,本發明提供一種内嵌系統,其 包括一微處理器及一性能量測邏輯,該性能量測邏輯被耦 合至該微處理器並且被設定以記錄所選性能度量資訊。該 等性能度量資訊可能是下列一項或一項以上度量資訊:一 特定常式的整體執行時間、該特定常式中執行的指令週期 數、該特定常式中的快取區命中數目、該特定常式中的記 憶體碩取總數、該特定常式中的記憶體存取(讀取及寫入) 總數、該特定常式中的控制匯流排讀取週期數、該特定常 式中的控制匯流排週期(讀取及寫入)數、該特定常式中的 非可快取讀取週期數及該特定常式中的非可快取存取週期 (讀取及寫入)總數。一般而言,一計數器被配置以記錄每 項性能度量資訊的統計資料,並且可使用一可程式規劃遮 罩控制該等計數器,其中該可程式規劃遮罩包含於一耦合 至該微處理器的記憶體中。 圖式簡單說明 本發明將藉由附圖中顯示的範例來進行解說,但未限 制,圖式中相似的參照數字代表相似的元件,並且其中· 圖1顯示内嵌系統的一部份,其包括根據本發明具體實 施例配置的性能量測邏輯。 八把只 圖2顯示監視内嵌系統性能之方法。 -8- 詳細說明 本發明揭示-種用於量測_内嵌系統之實際性能的方 *议D又中參考特定圖解或示範性具體實施例來說明、 發明:但是在檢閱本說明書後,熟知技藝人士應明白本 2可達成各種系統中的應用。因此,在以下的說明書 中’解說的具體實施例應被視為僅僅是示麟具體實施 列二,而不應被視為限制本發明範轉。再者,會結合本發明 來特疋性把度I資訊。但是,本發明不限定於量測這 些特足度量資訊,並且可依據本發明來量測任何適合的度 量資訊。 ―圖1顯示内嵌系統10的-部份,其包括-微處理器或微 制器1 2在項示範性具體實施例中,微處理器丨2是一 RM微處理器。本發明可配合任何微處理器或微控制器一 起使用,如x-86型微處理器、MIps處理器、Risc處理器 或其他任何類型微處理器或微控制器。微處理器12被轉合 至各種系統組件之任一項(例如,輸入/輸出組件),圖式中 沒有詳細顯示這些組件,因為這些組件的組成不是本發明 的關鍵。 再者,記憶體系統14被耦合至微處理器12。記憶體系統 14可此疋揮發性記憶體,如讀取·寫入記憶體(RAM)。通 常也會配備非揮發性記憶體·16(通常稱為開機R0M)。非揮 發性記憶體16儲存微處理器12的啟動程式(或開機程式)。 性能量測邏輯20被耦合至微處理器12,通常係沿著處理器 匯流排槁合,或者,如果有分開的記憶體匯流排存在目,j可 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) -9- 557423 A7 B7 五、發明説明(6 沿著記憶體匯流排耦合。 在一項示範性具體實施例中,性能度量資訊可能是下列 示範性度量資訊的一項或一項以上度量資訊:一特定常式 的整體執行時間、該特定常式中執行的指令週期數、該特 足常式中的快取區命中數目、該特定常式中的記憶體讀取 總數、該特定常式中的記憶體存取(讀取及寫入)總數、該 特定常式中的控制匯流排讀取循總數、該特定常式中的控 制匯流排週期(讀取及寫入)數、該特定常式中的非可快取 讀取週期數及該特定常式中的非可快取存取週期(讀取及 寫入)總數。一般而言,對應的·計數器22a至22g被配置以 記錄每項性能度量資訊的統計資料,並且可使用一可程式 規劃遮罩來控制該等計數器223至22§,其中該可程式規 劃遮罩包含於一耦合至該微處理器的記憶體系統14中。在 π範性具體實施例中,也可使用包含於性能量測邏輯2 〇中 的一般計時器21來控制計數器22a至22 g。 性能量測邏輯2 〇包括一般計時器2 1、週期計數器2 2 a、 命中率計數器22b、記憶體讀取計數器22c、記憶體存取 計數器22d、控制匯流排讀取計數器S2e、非可快取讀取 計數器22f及非可快取存取計數器22g。一般計時器门也 可追蹤其完成或執行一作業或一組作業所花的時間。在一 項示範性具體實施例中,該等作業包括常式中執行的指令 週期、常式中的快取區命中、常式中的記憶體讀取、^二 中的圮憶體寫入、常式中的控制匯流排讀取、常式中的抑 制匯流排寫入、常式中的非可快取讀取及常式中的非可快
五、發明説明(7 ) 取寫入。 一般計時器21及計數器比叮么匕 Τ裂态22&土22§皆可能以兩種模式使 。在矛-模式中’會在特定時間週期期間設定_般計時 :,並且開始向下計數直到零。在-般計時器達到愛之 可,性能量測邏輯20中的所有計數器22a至22g會針對其 每項對應作業而遞增^在第二模式中,會利用遮罩Μ以針 對-組指定的對應指令(例如,款體/軔體常式)來啟用或停 用計數器22d22g。第二模式允許設計人員利用遮罩18 及計數器22 a至2 2g來量測特定常式的性能。下文中將進 一步說明遮罩1 8。 週期計數器22a追蹤執行的指令週期數目,會針對每個 執行的指令週期更新這個計數器。在一項示範性具體實施 例中,週期計數器22a是(3 2)位元暫存器。這些位元屬於 唯讀,並且是十六進位(ΗΕχ)格式。這些位元反映,在一 般計時器2 1指定的時間週期期間在記憶體匯流排。及控制 匯流排24上執行的LOAD/STORE週期數量,或是一特定常 式中執行的LOAD/STORE週期數量。所追蹤的 LOAD/STORE週期包括所有記憶體匯流排讀取/寫入週期 與所有控制匯流排讀取/寫入週期的組合。 命中率計數器22b追蹤特定常式中的快取區命中數目, 會針對每個快取區命中更|斤這個計數器。命中率計數器 2 2 b係用來決定内嵌系統中快取記憶體的性能。當在快取 區中發現資料時,就發生快取區命中,並且快取記憶體的 有效性係由快取區命中來決定。在一項示範性具體實施例 本紙張尺度i£财g g家鮮(CNS) A4規格(21GX297公爱) -11- 557423 五、發明説明(8 ) 中二命中率計數器22b是(32)位元暫存器。這些位元屬於 唯讀,並且是十六進位(ΗΕχ)格式。這些位元反映在 定的時間週期期間命中内部& $ 曰 Τ門那氏取區的記憶體讀取週期數 目’或是於料常式期間命中内部快取區的記憶體讀取週 期數目。 記憶體讀取計數器22。_特定常式巾的記憶體讀取總 數,會針對每個記憶體讀取更新這個計數器。在一項示範 性具體貫施例中,記憶體讀取計數器22c是(32)位元暫存 器。、這些位元屬於唯讀,並且是十六進位(HEX)格式。這 1位兀反映’在指定的時間週期期間在記憶體匯流排上執 行的讀取週期數目,或是於特定常式期間在記憶體g•流排 上執行的讀取週期數目。記憶體讀取循是發生於記憶體匯 流排上的連續操作,用以讀取記憶體。 记隐to存取计數器2 2 d追蹤特定常式中的記憶體存取(讀 取及寫入)總數,會針對每個記憶體存取更新這個計數 器。在-項示範性具體實施例中,記憶體存取計數器⑴ 疋(32)位元暫存器。這些位元屬於唯讀,並且是十六進位 (HEX)格式。這些位元反映,在指定的時間週期期間在記 憶體匯流排上執行的記憶體週期數目,或是於特定常式期 間在記憶體匯流排上執行的記憶體週期數目。記憶體循是 發生於記憶體匯流排上的連續操作,用以讀取記憶體或寫 入至記憶體。 控制匯流排嬪取計數器2 2 e追蹤特定常式中的控制匯流 排讀取週期數,會針對每個控制匯流排讀取更新這個計數 -12« 五、 發明説明( 器。在一項示範性具體實施例中,控制匯流排讀取計數叫 22e是(32)位元暫存器。這些位元屬於唯讀,並且是= 進位(HEX)格式。這些位元反映,在指定的時間週期_ 在控制匯流排上執行的讀取週期數目,或是於特定常式期 間在控制匯流排排上執行的讀取週期數目。控制區流二是 實體連接,用於在電腦内的cpu與其他裝置之間運載^ 資訊。例如’區流排的—條線路被用來指 ^ 正在讀取主記憶體或寫入至主記憶體。 卿疋否 非可快取讀取計數H22f追㈣定常式中的非可快取讀 取週期數,會針對每個非可快取讀取更新這個計數器。在 -項π範性具體實施例巾,非可快取讀取計數器是(32)位 元暫些位元屬於唯讀’並且是十六進位(ΗΕΧ)格 式。这些位7C反映,在指定的時間週期期間或是於特定常 式期間’在記憶體匯流排上執行的讀取週期數目,以存取 非可快取記憶體。 非可快取㈣計數器22g追料定常式中特制匯流排 週期(讀取及寫入)數,會針對每個控制匯流排週期更新這 個計數器。在-項示範性具體實施例中,非可快取存取計 數器22g是(32)位元暫存器。這些位元屬於唯讀,並且是 十六進位(HEX)格式。這些位元反映,在指定的時間週期 期間在控制匯流排上執行的讀取/寫入週期數目,或是於 特定常式期間在控制匯流排排上執行的讀取/窝入週期數 目。 圖2顯示依據本發明的示㈣内嵌系統性能量測方法。 -13- 本紙張尺度適财@ @家標芈((JNS) A4規格(21Gx297公爱) 557423 A7
於步驟201,在開機或重置之後,於步驟2〇2,微處理器i 2 從非揮發性記憶體16載入指令,並且於步驟2〇3開始執行 扎令。指令可能是内嵌系統i 〇的韌體或其一部份。就提出-的案例而言,於步驟204的特定時間點,這些指令之一可 月匕疋印取记憶體1 4的一部份。所讀取之記憶體丨4的部份可 能被稱為性能量測遮罩18(例如,請參考圖υ。可藉由使 用者设定來設定遮罩18。在其他情況下,遮罩18或遮罩 1 8内用於設定位元的指令可能被併入,以作為非揮發性記 憶體16中之指令集的一部份。 遮罩18是一組位元,其可能是連續或不連續的位元,並 且可依據内嵌系統1〇是否執行特定性能監視工作來設定遮 罩。藉由設定遮罩18的特定位元,設計人員可指示内嵌系 統10執行特定工作,以收集性能監視資料,然後利用性能 監視'貝料來協助韌體開發程序。設計人員使用遮罩來啟用 或停用計數器2 2 a至2 2 g,以對應一組指定的軟體/韌體指 令(例如,常式)。例如,設計人員會想要檢查特定讀取常 式的性能,因此會設定遮罩i 8 (例如,使用Green mUs ARM開發工具),以便只有在執行特定讀取常式期間,微 處理器1 2才會遞增性能量測邏輯2〇中的計數器。 請參考圖2 ,於步驟205,決定是否有設定遮罩18中的任 何位元。如果有設定遮罩18中的位元,於步驟2〇6,微處 理器1 2分析遮罩1 8,以決定所要執行的監視工作,及執行 監視工作的常式。決定常式及工作之後,於步驟207重置 計數器22a至22g。於步驟208 ,微處理器12針對執行的每 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱)
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項對應作業開始遞増計數哭 孜 °〇22&至22§。於步驟 209,微處 理為1 2依據4ej令(例如,暗門 ^ ^ _ 時間限制)繼續監視作業,並且更 新計數器22a至22g。 处:吏用遮罩來担制计數器,則於步驟203讀取的指令 "把疋^ 7 21G用於在特疋時間期間啟用計數器仏至 22g。指足的時間係在—般計時器2ι中設定。步驟川的指 令不同於步驟204發出的如人 m 出的因為會依據特定常式來監 視性能,而不是在特定時間期間進行監視。 利用計數器22d22g提供的統計資料, 微調韌體,以配合内嵌系統10運作,並且改 因此,已說明内嵌系統中的性能量測機制。 設計人員能夠 良整體性能。 於前面的詳細汹,已參考本發明的料制實施例來 說明本發明的方法及裝置。但是,顯而易見,可進行各種 變^及修改,而不會脫離本發明廣大的精神及範蜂。具體 而言,各種方塊圖的分開方塊代表方法的功能步驟或裝^ 的功能組塊,並且不一定是實體或邏輯分隔的指示,或本 發明精神或範圍中固有操作順序的指示。例如,圖丨的各 種組塊可整合成組件,或可分割成組件。另外,圖2的步 驟代表方法的一部份,在某些具體實施例中,可將步驟重 新#序或以平行方式組織,而不是以線性或按步驟方弋組 織。因此’本說明書暨附圖應視為解說,而不應視為限 制。 、

Claims (1)

  1. Μ/423
    •—種用於量測一内嵌系統之實際性能之方法,包栝·· 藉由利用计數器來追縱作業發生次數,以追縱一内族 系統的性能度量資訊。 2·如申請專利範圍第1項之方法,其中該追蹤步騾進一步 包括: 接收指令,以在一指定時間週期期間監視作業發生次 數;以及 針對每次發生次數遞增對應的計數器。 3·如申請專利範圍第2項之方法,進一步包括: 在開始遞增之前,先重置該·等計數器。 4·如申請專利範圍第2項之方法,其中在該指定時間噢期 期間進一步包括一軟體或韌體常式。 5·如申請專利範圍第2項之方法,其中會依據一包含於該 内嵌系統内之遮罩中的位元設定狀態來監視該等作業。 6·如申叫專利範圍第2項之方法,其中該遮罩是一記憶體 系統中之指定數量的位元。 7·如申請專利範圍第6項之方法,其中該記憶體系統是一 揮發性記憶體系統。 8·如申請專利範圍第5項之方法,其中會藉由使用者設定 來設定該遮罩。 9·如申請專利範圍第2項之方法,其中該等作業包括下列 作業之一項或一項以上作業:一特定常式的整體執行時 間、該特定常式中執行的指令週期數、該特定常式中的 快取區命中數目、該特定常式中的記憶體讀取總數、該 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱)
    裝 t 557423 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 特定常式中的記憶體存取(讀取及寫入)總數、該特定常 式中的控制匯流排讀取週期數、該特定常式中的控制匯 流排週期(讀取及窝入)數、該特定常式中的非可快取讀 取週期數及該特定常式中的非可快取存取週期(讀取及 寫入)總數。 10· —種内嵌系統,其包括一微處理器及一性能量測邏輯, 該性能量測邏輯耦合至該微處理器並且被設定以追蹤所 選性能度量資訊,其方式是利用計數器來追蹤作業發生 次數。 11·如申請專利範圍第1 〇項之内嵌.系統,其中該等性能度量 資訊包括下列一項或一項以上性能度量資訊:一特寒常 式的整體執行時間、該特定常式中執行的指令週期數、 該特定常式中的快取區命中數目' 該特定常式中的記憶 體讀取總數、該特定常式中的記憶體存取(讀取及寫入) 總數、該特定常式中的控制匯流排讀取週期數、該特定 常式中的控制匯流排週期(讀取及寫入)數、該特定常式 中的非可快取讀取週期數及該特定常式中的非可快取存 取週期(讀取及寫入)總數。 12·如申請專利範圍第n項之内嵌系統,其中每個計數器皆 被配置以分別記錄每項性能度量資訊的統計資料。 13·如申請專利範圍第1 2項之内嵌系統,其中該等計數器係 藉由一可程式規劃遮罩控制。 14·如申請專利範圍第1 3項之方法,其中該可程式規劃遮罩 包含於一耦合至該微處理器的記憶體系統中。 -17- 本紙張巧@家標準(CNS) μ規格(21〇 χ 297公爱)
    裝 訂
    557423 A BCD 六、申請專利範圍 15·—種内嵌系統,包括: 一微處理器;以及 性能量測邏輯,其輕合至該微處理器; 其中該微處理器接收指令,以在一指定時間週期期間 監視作業發生次數;以及 該微處理器遞增該性能量測邏輯中的該等計數器,以 對應各別的作業發生次數。 16. 如申請專利範圍第i 5項之内嵌系統,其中該等作業包括 下列作業之一項或一項以上:一特定常式的整體執行時 間、該特定常式中執行的指令.週期數、該特定常式中的 快取區命中數目、該特定常式中的記憶體讀取總數、該 特定常式中的記憶體存取(讀取及寫入)總數、該特定常 式中的控制匯流排讀取週期數、該特定常式中的控制匯 流排週期(讀取及寫入)數、該特定常式中的非可快取讀 取週期數及該特定常式中的非可快取存取週期(讀取及 寫入)總數。 17. 如申請專利範圍第1 6項之内嵌系統,該内展系統進一步 包括計數器,其中每個計數器皆被配置以記錄每項作業 的統計資料。 18. 如申請專利範圍第1 7項之内嵌系統,其中該等許數器係 藉由一可程式規劃遮罩控制。 19·如申請專利範圍第18項之内嵌系統,其中該微處理器從 第一記憶體系統載入指令,並且執行該等指令,以從 一第二記憶體系統讀取該可程式規劃遮罩。 -18- 本紙張尺度適用中國@家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) ' ------- 557423 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 20. 如申請專利範圍第1 9項之内嵌系統,其中該第一記憶體 系統是一非揮發性記憶體系統。 21. 如申請專利範圍第1 9項之内後系統,其中該第二記憶體 系統是一非揮發性記憶體系統。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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