4.5.10. CPU 性能测试
4.5.10.1. 测试原理
CoreMark 是一个广泛用于评估嵌入式系统 CPU 性能的基准测试程序。其测试核心是通过模拟一些典型的嵌入式应用计算任务，来评估 CPU 在常见计算模式下的表现，测试的核心是基于以下几个要素：
算法选择： CoreMark 使用了以下几种基础的算法和操作：
整数运算：包括加法、乘法、位操作等常见操作。
数据结构：测试包含了链表、队列等数据结构的操作。
控制结构：涉及循环、条件判断等基本的控制结构。
矩阵乘法和基本计算任务：用来模拟常见的数值计算任务。
测试任务： CoreMark 测试的工作负载包括了下列几个方面：
计算密集型操作：例如整数加法、乘法和位运算。
内存操作：模拟典型的内存访问模式，包括链表和队列的操作。
任务调度和控制：涉及复杂的控制流，例如条件判断和循环。
测试环境： CoreMark 的测试运行是在没有其他进程或线程干预的环境中执行的，这种方式确保了测试结果不受操作系统调度、资源管理等因素的影响，从而真实反映处理器的计算性能。
性能测量： CoreMark 的性能指标是 CoreMark 分数 (CoreMark score) ，这个分数反映了在测试期间执行的算法和任务的平均计算速度，分数越高，表示处理器的性能越好。
4.5.10.2. 测试准备工作
1. 长时间高负载测试可能导致 CPU 温度升高，从而触发温控机制（如自动降频），影响测试结果。确保测试环境通风良好，散热正常。
2. 为避免其他进程干扰，建议关闭无关的后台程序，可以使用 top 命令查看并停止不必要的服务。
3. 在 app/platform_samples/chip_base_test/08_cpu_performance/coremark-main 路径下，已经提供了两个工具：coremark_O3_multi 和 coremark_O3_single，分别用于测试 O3 优化下的多核与单核性能。
如果已经烧录了 app.img ，可 cd 到如下路径查看 :
cd /app/platform_samples/chip_base_test/08_cpu_performance/coremark-main/
root@buildroot:/app/platform_samples/chip_base_test/08_cpu_performance/coremark-main# ls
LICENSE.md README.md barebones core_main.c core_state.c coremark.h coremark_O3_multi cygwin freebsd macos rtems
Makefile aarch64 core_list_join.c core_matrix.c core_util.c coremark.md5 coremark_O3_single docs linux posix simple
检测 cpu 工作频率与温度： 使用命令 hrut_somstatus 来查看 CPU、 GPU、 BPU 等模块的频率与温度信息：
hrut_somstatus
=====================1=====================
temperature-->
DDR : 54.1 (C)
BPU : 53.4 (C)
CPU : 53.5 (C)
cpu frequency-->
min(M) cur(M) max(M)
cpu0: 300 1500 1500
cpu1: 300 1500 1500
cpu2: 300 1500 1500
cpu3: 300 1500 1500
cpu4: 300 1500 1500
cpu5: 300 1500 1500
cpu6: 300 1500 1500
cpu7: 300 1500 1500
bpu status information---->
min(M) cur(M) max(M) ratio
bpu0: 500 1000 1000 0
ddr frequency information---->
min(M) cur(M) max(M)
ddr: 266 4266 4266
GPU gc8000 frequency information---->
min(M) cur(M) max(M)
gc8000: 200 1000 1000
手动设置 cpu 频率： 设置 CPU 运行在性能模式下，命令如下：
echo userspace >/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
echo 1500000 >/sys/devices/system/cpu/cpufreq/policy0/scaling_setspeed
4.5.10.3. 测试方法
1. 执行单核测试（coremark_O3_single）
确保准备工作部分的一致性后，执行命令：
./coremark_O3_single
等待 10 秒后得到以下结果：
2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size : 666
Total ticks : 16665
Total time (secs): 16.665000
Iterations/Sec : 6600.660066
Iterations : 110000
Compiler version : GCC11.3.1 20220712
Compiler flags : -O3 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55 -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 : 0x33ff
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 6600.660066 / GCC11.3.1 20220712 -O3 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55 -lrt / Heap
2. 执行多核测试（coremark_O3_multi）
确保准备工作部分的一致性后，执行命令：
./coremark_O3_multi
2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size : 666
Total ticks : 16620
Total time (secs): 16.620000
Iterations/Sec : 52948.255114
Iterations : 880000
Compiler version : GCC11.3.1 20220712
Compiler flags : -O3 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55 -DMULTITHREAD=8 -DUSE_PTHREAD -DVALIDATION_RUN=1 -lrt -pthread -lrt
Parallel PThreads : 8
Memory location : Please put data memory location here
(e.g. code in flash, data on heap etc)
seedcrc : 0xe9f5
[0]crclist : 0xe714
[1]crclist : 0xe714
[2]crclist : 0xe714
[3]crclist : 0xe714
[4]crclist : 0xe714
[5]crclist : 0xe714
[6]crclist : 0xe714
[7]crclist : 0xe714
[0]crcmatrix : 0x1fd7
[1]crcmatrix : 0x1fd7
[2]crcmatrix : 0x1fd7
[3]crcmatrix : 0x1fd7
[4]crcmatrix : 0x1fd7
[5]crcmatrix : 0x1fd7
[6]crcmatrix : 0x1fd7
[7]crcmatrix : 0x1fd7
[0]crcstate : 0x8e3a
[1]crcstate : 0x8e3a
[2]crcstate : 0x8e3a
[3]crcstate : 0x8e3a
[4]crcstate : 0x8e3a
[5]crcstate : 0x8e3a
[6]crcstate : 0x8e3a
[7]crcstate : 0x8e3a
[0]crcfinal : 0x33ff
[1]crcfinal : 0x33ff
[2]crcfinal : 0x33ff
[3]crcfinal : 0x33ff
[4]crcfinal : 0x33ff
[5]crcfinal : 0x33ff
[6]crcfinal : 0x33ff
[7]crcfinal : 0x33ff
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 52948.255114 / GCC11.3.1 20220712 -O3 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55 -DMULTITHREAD=8 -DUSE_PTHREAD -DVALIDATION_RUN=1 -lrt -pthread -lrt / Heap / 8:PThreads
结果参数解析说明：
CoreMark Size：表示 CoreMark 基准测试的代码和数据大小，单位是字节。在这个例子中， CoreMark Size 为 666 字节，指的是整个 CoreMark 测试代码的大小。Total ticks：表示测试过程中 CPU 使用的总时钟周期数。比如： 16665 表示测试总共耗费了 16665 个时钟周期。Total time (secs)：表示测试所用的总时间，单位是秒。Iterations/Sec：每秒执行的迭代次数，即单位时间内程序运行的次数，这里是 6600 次 / 秒，即评分公式的coremark分数。Iterations：表示整个测试过程中执行的总迭代次数。 110000 表示 CoreMark 基准测试在 16.665 秒的时间里执行了 110000 次测试循环。seedcrc： CRC 校验：这些是 循环冗余校验（ CRC）值，用于验证测试的正确性。Compiler flags： 编译器标志，这里是-O3和-lrt。CoreMark 1.0： 对关键信息的汇总 , 6600 是 CoreMark 性能得分，表示每秒迭代次数，这个值越高，表示处理器性能越强。
4.5.10.4. 测试指标
以下标准需要在系统无工作任务时且多次取平均值测试得到， CoreMark 标准评分公式为 :
CoreMark Iterations/Sec：表示每秒执行的 CoreMark 基准测试迭代次数，通常反映处理器的性能。越高的迭代次数意味着更强的计算能力。CPU Clock (MHz)：处理器的时钟频率，单位是 MHz（兆赫兹）。它反映了处理器运行的速度，时钟频率越高，理论上处理器每秒可以执行的操作越多。CPU Cores：处理器的核心数， CoreMark 可以在单核或多核模式下进行测试。
分数标准
-O3编译优化的 CoreMark ：在 x5 平台上，单核分数应达到 X > 4.2 。-O2编译优化的 CoreMark ：在 x5 平台上，单核分数应达到 X > 3.7 。
如何理解评分标准
这两个评分标准（-O3 和 -O2 ）实际上为不同优化级别下处理器的性能表现设定了最低要求。这个评分的意义在于：
-O3 优化是 GCC 和其他编译器中的最高优化级别，通过激进的优化策略来提高执行速度。-O3 优化级别会开启很多性能优化特性，如循环展开、内联函数等，目标是获得更高的计算性能。
-O2 优化 是相对较为保守的优化级别。相比于 -O3 ，-O2 优化不会启用一些可能导致代码大小增加的激进优化。因此，-O2 优化通常会得到更平衡的性能表现，并且能兼顾性能和可移植性。
根据 -O3 优化下单核测试的评分结果计算， CoreMark Iterations/Sec = 6600 次 / 秒， CPU Clock (MHz) = 1500 MHz， CPU Cores = 1 核（单核测试），根据公式计算 CoreMark Score = 6600 /（ 1500 x 1 ） = 4.4, 其结果大于 4.2 ，说明在单核处理器在这种优化级别下性能较好且符合测试要求。
根据 -O3 优化下多核测试的评分结果计算， CoreMark Iterations/Sec = 52948 次 / 秒， CPU Clock (MHz) = 1500 MHz， CPU Cores = 8 核（多核测试），根据公式计算 CoreMark Score = 52948 /（ 1500 x 8 ） ≈ 4.41 , 其结果大于 4.2 ，说明多核处理器在这种优化级别下性能较好且符合测试要求。
4.5.10.5. 常见问题
1. 问：需要测试多核怎样开启 -O2 和 -O3 编译优化情况下的 coremark 指标 ?
1. 答：测试多核以及开启 -O2 编译优化情况下的 coremark 指标，需要重新编译 coremark 源码，通过设置编译选项参数得到需要的 coremark 程序。在 app/platform_samples/chip_base_test/08_cpu_performance/coremark-main 路径下，可以按照以下命令进行重新编译。
编译单核开启 -O2 的 coremark 命令：
make PORT_DIR=aarch64 XCFLAGS="-O2 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55" REBUILD=1 run1.log
mv coremark.exe coremark_O2_single
编译 8 核开启 -O2 的 coremark 命令：
make PORT_DIR=aarch64 XCFLAGS="-O2 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55 -DMULTITHREAD=8 -DUSE_PTHREAD -DVALIDATION_RUN=1 -lrt -pthread" REBUILD=1 run2.log
mv coremark.exe coremark_O2_mutli
编译单核开启 -O3 的 coremark 命令：
make PORT_DIR=aarch64 XCFLAGS="-O3 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55" REBUILD=1 run1.log
mv coremark.exe coremark_O3_single
编译 8 核开启 -O3 的 coremark 命令：
make PORT_DIR=aarch64 XCFLAGS="-O3 -funroll-all-loops -static --param max-inline-insns-auto=550 -DPERFORMANCE_RUN=1 -mcpu=cortex-a55 -DMULTITHREAD=8 -DUSE_PTHREAD -DVALIDATION_RUN=1 -lrt -pthread" REBUILD=1 run2.log
mv coremark.exe coremark_O3_multi