【試用報告】龍芯先鋒板：CPU性能測試—CoreMark和計算質(zhì)數(shù)

一、CoreMark簡介

什么是CoreMark？

來自CoreMark首頁的解釋是：

CoreMark is a simple, yet sophisticated benchmark that is designed specifically to test the functionality of a processor core. Running CoreMark produces a single-number score allowing users to make quick comparisons between processors.

翻譯一下就是：

CoreMark是一個簡單而又精密的基準(zhǔn)測試程序，是專門為測試處理器核功能而設(shè)計的。運行CoreMark會產(chǎn)生一個“單個數(shù)字”的分?jǐn)?shù)，（從而）允許用戶在（不同）CPU之間進行快速比較。

簡單來說，就是一個測試CPU性能的程序，類似PC上的Cinebench、CPU-Z之類的CPU性能測試工具。

了解了CoreMark是什么之后，接下來我們嘗試在龍芯2K0500先鋒板上跑一下CoreMark，看看分?jǐn)?shù)是多少。

二、在龍芯2K0500上運行CoreMark

2.1 下載CoreMark源碼

在Linux編譯主機上，執(zhí)行如下命令，將CoreMark源碼下載到本地：

git clone https://github.com/eembc/coremark.git

（左右移動查看全部內(nèi)容）

下載完成后，可以看到有這些文件和目錄：

2.2 交叉編譯CoreMark

接著編譯CoreMark，這里假設(shè)你已經(jīng)正確設(shè)置了龍芯交叉編譯工具鏈，也就是可以直接運行l(wèi)oongarch64-linux-gnu-gcc命令。

在Linux編譯主機上，執(zhí)行如下命令：

cd coremark
make CC=loongarch64-linux-gnu-gcc link

（左右移動查看全部內(nèi)容）

其中：

• CC用于指定編譯器，這里指定的是龍芯GNU交叉編譯器（loongarch64-linux-gnu-gcc）；

• link是make命令的構(gòu)建目標(biāo)，具體定義在Makefile文件中，link是只鏈接不運行；

編譯完成后，可以看到生成了coremark.exe：

2.3 運行CoreMark

通過FTP或U盤，將coremark.exe拷貝到龍芯2K0500先鋒板上，使用如下命令運行coremark.exe：

# 添加可執(zhí)行權(quán)限
chmod +x coremark.exe


# 運行
./coremark.exe

運行結(jié)束后，輸出如下：

可以看到，龍芯2K0500上CoreMark跑分為2213.205459分。

三、和樹莓派3B+上CoreMark結(jié)果對比

我這里測試使用的樹莓派3B+開發(fā)板，系統(tǒng)版本信息是：

由于樹莓派3B+上運行的是Debian系統(tǒng)，有完整的編譯工具鏈。因此，在樹莓派3B+上，我們可以直接在開發(fā)板上編譯源碼。

在樹莓派3B+上運行CoreMark之前，也需要下載CoreMark源碼，和前面類似：

git clone https://github.com/eembc/coremark.git

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不過這次我們直接將CoreMark源碼下載到了樹莓派上。

3.1 編譯CoreMark

樹莓派上編譯CoreMark之前，需要先安裝編譯構(gòu)建工具鏈，如果還沒有的話，可以使用如下命令：

sudo apt install build-essential

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PS：如果已經(jīng)有g(shù)cc、make命令，則可以跳過此步驟。

使用如下命令，編譯CoreMark源碼：

cd coremark
make link

3.2 運行CoreMark

使用如下命令運行coremark.exe：

./coremark.exe

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PS：這里由于我們是直接在樹莓派3B+開發(fā)板上編譯的CoreMark，所以直接運行即可。

運行結(jié)束后，輸出如下：

可以看到，樹莓派3B+上CoreMark跑分為1914.486280。

龍芯2K0500和樹莓派3B+的CoreMark跑分對比：

可以看到，龍芯2K0500上的CoreMark跑分高于樹莓派3B+。

3.3 其他編譯選項跑分對比

查看CoreMark的Makefile和相關(guān)源碼，我們可以知道，通過編譯時添加XCFLAGS參數(shù)，可以指定CoreMark的編譯參數(shù)。

下面是幾組不同XCFLAGS參數(shù)下，龍芯2K0500和樹莓派3B+的CoreMark跑分：

可以看到，幾種不同XCFLAGS參數(shù)條件下，龍芯2K0500上的CoreMark跑分都要高于樹莓派3B+。

添加XFLAGS參數(shù)后，樹莓派上的編譯命令為（以表格最后一行參數(shù)為例）：

make XCFLAGS="-DPERFORMANCE_RUN=1 -DMEM_METHOD=MEM_STATIC" link

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響應(yīng)的，Linux編譯服務(wù)器上，交叉編譯命令為：

make CC=loongarch64-linux-gnu-gcc XCFLAGS="-DPERFORMANCE_RUN=1 -DMEM_METHOD=MEM_STATIC" link

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3.4 CoreMark的主要算法

CoreMark項目README的Key Algorithms描述了CoreMark主要用到了那些算法：

• 鏈表（主要是指針操作）

• 矩陣乘法（主要是乘法和加法運算）

• 狀態(tài)機（主要是switch-case操作）

說明在這幾種計算場景下，龍芯2K0500的速度都是比樹莓派3B+要快的。

四、額外的CPU測試

接下來我們看看另外一種場景下的測試結(jié)果。

我們知道，生成一個較大的大質(zhì)數(shù)，或者判斷一個大整數(shù)是否為質(zhì)數(shù)是比較復(fù)雜的。

所以，這里我們準(zhǔn)備用生成質(zhì)數(shù)在兩個開發(fā)板上再次進行測試。

4.1 第n個質(zhì)數(shù)

我們使用如下C程序代碼，計算第n個質(zhì)數(shù)：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


// 判斷n是否為質(zhì)數(shù)
bool isprime(uint64_t n)
{
    assert(n > 0);


    if (n == 2) return true;
    if ((n % 2) == 0) return false;


    for (uint64_t i = 3, up = n / 2; i < up; i += 2) {
        if (n % i == 0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}


// 計算第n個質(zhì)數(shù)，例如：1 => 2, 2 => 3, 3 => 5
uint64_t prime(int n)
{
    assert(n > 0);


    if (n == 1) return 2;


    int count = 1;
    for (uint64_t i = 3; i < UINT64_MAX; i += 2) {
        if (isprime(i)) {
            if (++count == n) {
                return i;
            }
        }
    }
    return 0;
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    int n = argc > 1 ? atoi(argv[1]) : 10;


    clock_t start = clock();
    uint64_t prim = prime(n);
    clock_t end = clock();
    float costs = (end - start) / (float) CLOCKS_PER_SEC;


    printf("%10d	%.6f	%" PRIu64 "
", n, costs, prim);
    return 0;
}

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這里為了忽略兩塊開發(fā)板內(nèi)存差異的影響，我們不保存前面得到的質(zhì)數(shù)（雖然保存前面得到的質(zhì)數(shù)，可以加速后續(xù)的isprime判斷）。

這里假設(shè)保存的文件名為p1.c，樹莓派3B+上使用如下命令編譯：

gcc -O2 -o p1 p1.c

Linux編譯主機上，使用如下命令交叉編譯：

loongarch64-linux-gnu-gcc -O2 -o p1 p1.c

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接下來，分別在龍芯2K0500和樹莓派3B+上運行，得到如下耗時數(shù)據(jù)（編譯選項：-O2）：

這里得到的結(jié)論是——樹莓派3B+計算質(zhì)數(shù)更快。此前的TFLM測試結(jié)果和這里比較類似，同樣顯示，龍芯2K0500成績要稍差一些。

這里龍芯2K500比樹莓派3B+慢的主要原因，很可能是因為求質(zhì)數(shù)算法過程中包含了大量除法運算，而龍芯2K0500的除法運算速度要比樹莓派3B+慢。

4.2 isprime修改

驗證方法也很簡單，我們可以直接修改前面的isprime函數(shù)：

// 判斷n是否為質(zhì)數(shù)
bool isprime(uint64_t n)
{
    assert(n > 0);


    if (n == 2) return true;
    if ((n & 1) == 0) return false; // n % 2  =>  n & 0x1


    for (uint64_t i = 3, up = (n >> 1); i < up; i += 2) {  // n / 2  =>  n >> 1
        for (uint64_t j = 3; j < up; j += 2) { // 暴力枚舉另外一個因數(shù)，不用除法
            if (i * j == n) {
                return false;
            }
        }
    }
    return true;
}

（左右移動查看全部內(nèi)容）

這里假設(shè)保存的文件名為p2.c，樹莓派3B+上使用如下命令編譯：

gcc -O2 -o p2 p2.c

Linux編譯主機上，使用如下命令交叉編譯：

loongarch64-linux-gnu-gcc -O2 -o p1 p1.c

（左右移動查看全部內(nèi)容）

接下來，分別在龍芯2K0500和樹莓派3B+上運行，得到如下耗時數(shù)據(jù)（編譯選項：-O2）：

這里可以看到，龍芯2K500比樹莓派3B+計算要快。

所以，這里驗證了前面的猜想——龍芯2K500比樹莓派3B+的整數(shù)除法要慢。

五、參考鏈接

1. CoreMark項目：https://github.com/eembc/coremark

2. 龍芯GNU編譯工具鏈下載頁面：http://www.loongnix.cn/zh/toolchain/GNU/

3. 加入龍芯小組：https://bbs.elecfans.com/group_1650

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