4.5.11. DDR 带宽测试
4.5.11.1. 测试原理
DDR（ Double Data Rate）内存带宽是衡量内存系统数据传输能力的关键性能指标，它反映了内存可以在单位时间内传输的数据量，通常以 MB/s 或 GB/s 为单位，通过执行特定的内存操作并测量其执行时间，可以估算内存的带宽性能，主要的测试操作有： Copy、 Scale、 Add、 Triad。
1. Copy（拷贝）操作：
for (j=0; j<STREAM_ARRAY_SIZE; j++)
c[j] = a[j];
这个操作将数组 a[] 的数据复制到数组 c[]。它只涉及内存的读取和写入，因此它测量的是单纯的内存带宽。
2. Scale（缩放）操作：
for (j=0; j<STREAM_ARRAY_SIZE; j++)
b[j] = scalar * c[j];
这个操作将数组 c[] 的每个元素乘以一个常数 scalar，然后将结果存储到数组 b[] 中。这一操作通过读取 c[] 和写入 b[] 来测量带宽。
3. Add（加法）操作：
for (j=0; j<STREAM_ARRAY_SIZE; j++)
c[j] = a[j] + b[j];
该操作将数组 a[] 和 b[] 中的对应元素相加，并将结果存储到数组 c[] 中。这是一种读取两个数组并写入到另一个数组的操作。
4. Triad（三元组）操作：
for (j=0; j<STREAM_ARRAY_SIZE; j++)
a[j] = b[j] + scalar * c[j];
这是一个更复杂的操作，它将数组 b[] 中的元素与数组 c[] 中的元素按照常数 scalar 进行三元组加法，并将结果存储到数组 a[] 中。
4.5.11.2. 准备工作
1. 确认 DDR 类型和频率：不同类型的 DDR 内存（如 LPDDR4 ）和其频率会影响带宽的测试结果，使用命令 hrut_somstatus 查看 DDR 状态信息：
root@buildroot:/# cat /sys/class/socinfo/ddr_type
lpddr4
root@buildroot:/# 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 DDR 频率： 例如，通过以下命令设置 DDR 频率为 4266MHz：
root@buildroot:/# echo userspace >/sys/class/devfreq/soc\:ddrc-freq/governor
root@buildroot:/# echo 4266000000 >/sys/class/devfreq/soc\:ddrc-freq/userspace/set_freq
2. 确认在 /app/platform_samples/chip_base_test/09_ddr_bandwidth/ 路径下存在 stream 测试文件，如不存在，可在 BSP 源码中按照下面方式重新编译生成：
root@buildroot:/# cd app/samples/platform_samples/chip_base_test/09_ddr_bandwidth
root@buildroot:/# cp /opt/arm-gnu-toolchain-11.3.rel1-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/aarch64-none-linux-gnu/lib64/libgomp.a .
root@buildroot:/# /opt/arm-gnu-toolchain-11.3.rel1-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-gcc -O3 -fopenmp -DNTIMES=100 stream.c -L./ -lgomp -o stream
4.5.11.3. 测试方法
确保已完成准备工作后，运行测试命令：
cd /app/platform_samples/chip_base_test/09_ddr_bandwidth
./stream
等待 10 秒左右后得到以下结果：
-------------------------------------------------------------
STREAM version $Revision: 5.10 $
-------------------------------------------------------------
This system uses 8 bytes per array element.
-------------------------------------------------------------
Array size = 10000000 (elements), Offset = 0 (elements)
Memory per array = 76.3 MiB (= 0.1 GiB).
Total memory required = 228.9 MiB (= 0.2 GiB).
Each kernel will be executed 100 times.
The *best* time for each kernel (excluding the first iteration)
will be used to compute the reported bandwidth.
-------------------------------------------------------------
Number of Threads requested = 8
Number of Threads counted = 8
-------------------------------------------------------------
Your clock granularity/precision appears to be 1 microseconds.
Each test below will take on the order of 19433 microseconds.
(= 19433 clock ticks)
Increase the size of the arrays if this shows that
you are not getting at least 20 clock ticks per test.
-------------------------------------------------------------
WARNING -- The above is only a rough guideline.
For best results, please be sure you know the
precision of your system timer.
-------------------------------------------------------------
Function Best Rate MB/s Avg time Min time Max time
Copy: 9504.6 0.017268 0.016834 0.017501
Scale: 12742.9 0.012639 0.012556 0.012778
Add: 11429.7 0.021100 0.020998 0.021241
Triad: 11437.3 0.021061 0.020984 0.021313
-------------------------------------------------------------
Solution Validates: avg error less than 1.000000e-13 on all three arrays
-------------------------------------------------------------
关键信息说明：
测试结果中的 Copy，Scale，Add，Triad 四项即带宽结果，该四项数据的测试原理如下图所示：
Copy (复制)： 它先访问一个内存单元读出其中的值，再将值写入到另一个内存单元。
测试描述：在 Copy 测试中，系统将一个数组的内容复制到另一个数组，这是内存带宽的最基本测试，主要考察的是系统在执行内存到内存的简单数据复制时的性能。
带宽结果： 9504.6 MB/s
Scale (乘法)： 先从内存单元读出其中的值，作一个乘法运算，再将结果写入到另一个内存单元。
测试描述： Scale 不仅涉及内存带宽，还需要 CPU 执行计算任务，因此更能体现处理器和内存之间的协作性能。
带宽结果： 12742.9 MB/s
Add (加法)： 先从内存单元读出两个值，做加法运算，再将结果写入到另一个内存单元。
测试描述： Add 测试模拟了两个数组相加并将结果存储到第三个数组中，这测试了 CPU 和内存在并行操作时的带宽需求。
带宽结果： 11429.7 MB/
Triad (组合操作)： 将 Copy、 Scale、 Add 三种操作组合起来进行测。具体操作方式是：先从内存单元中读两个值 a、 b ，对其进行乘加混合运算（ a + 因子 * b ） ，将运算结果写入到另一个内存单元
测试描述： Triad 不仅涉及两个数组相加，还将结果与另一个数组进行缩放，是一个同时进行计算、加法和内存访问的复合操作。
带宽结果： 11437.3 MB/s
输出结果中的数值的含义：
Best Rate MB/s（最佳速率）： 在操作中达到的最高内存传输速率，以兆字节 / 秒（ MB/s）为单位。表示峰值性能。
Avg time（平均时间）： 每次操作的平均时间，以秒为单位，表示性能的平均延迟时间。
Min time（最小时间）： 操作的最短时间，以秒为单位，表示在某一次操作中的最佳性能。
Max time（最大时间）： 操作的最长时间，以秒为单位，表示某一次复制操作中的最差性能。
4.5.11.4. 测试指标
DDR 带宽通常基于内存的频率和总线宽度来计算，公式如下：
带宽 (MB/s) = 内存时钟频率 (MHz) * 2 * 总线宽度 (bit) / 8
x5 平台下， DDR 内存频率为 4266 MHz（ 2133x2 ），内存总线宽度为 32 位（即 4 字节），则理论带宽为：
带宽 (MB/s) = 4266 MHz * 4 Byte = 17064 MB/s
分数标准
实际 DDR 带宽的测试结果通常会低于理论带宽，实际带宽的标准应为理论带宽的 60%-70%，以 x5 平台 为例，理论带宽为 17064 MB/s，因此标准带宽为：
分数标准 = ddr_score(17064) * 0.6 = 10238.4
测试结果
以接近实际 DDR 使用方式的 Triad 操作为例，其分数结果超过了标准带宽 10238.4 MB/s，因此测试结果符合 DDR 带宽标准且达到预期的性能要求。