程序性能(1)嵌入式基准测试工具

Author：Once Day date: 2025年4月19日

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参考文档:

• CPU Benchmark – MCU Benchmark – CoreMark – EEMBC Embedded Microprocessor Benchmark Consortium
• CPU性能测试——CoreMark篇 - Imagine_Miracle - 博客园
• Iozone Filesystem Benchmark
• iozone磁盘读写测试工具的使用以及命令详解、下载（网站最详细讲解步骤）_iozone参数详解-CSDN博客
• RAMspeed SMP Benchmark - OpenBenchmarking.org

1. 通用嵌入式基准测试工具

在嵌入式设备开发中，进行 CPU、IO 和内存的基准测试（Benchmark） 是评估系统性能的重要手段。以下是一些常用的基准测试工具，适用于不同的嵌入式平台（如 ARM Cortex 系列、RISC-V、MIPS 等）：

（1）CoreMark

• 测试内容：CPU性能（整数运算、控制流、内存访问等）
• 优点：专为嵌入式系统设计，小巧、无需操作系统
• 平台支持：几乎所有架构（ARM、RISC-V、MIPS 等）

CoreMark 是 EEMBC 推出的最常用嵌入式 CPU benchmark，常用于芯片厂商性能对比。

（2）Dhrystone

• 测试内容：整数运算性能、控制结构等
• 适用场景：无需浮点运算的 CPU 基准测试
• 优点：代码简单、移植性好
• 缺点：已较老旧，不代表现代应用性能

（3）Linpack (嵌入式版本)

• 测试内容：浮点性能（FLOPS）
• 适用场景：带有 FPU 的嵌入式处理器
• 说明：需要设备支持浮点运算，否则会测试失败

（4）IOzone (嵌入式 Linux 下)

• 测试内容：文件系统 IO 性能（读取、写入、随机访问等）
• 适用平台：嵌入式 Linux（如 Yocto、Buildroot）

# 示例：测试写入性能
iozone -a -g 64M -i 0 -i 1 -i 2

（5）dd 命令

• 测试内容：原始读写速度
• 适用平台：Linux/Unix 系统

# 写入测试
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=100 oflag=direct

# 读取测试
dd if=testfile of=/dev/null bs=1M count=100 iflag=direct

（6）RAMspeed / RAMbench

• 测试内容：内存读写速度、带宽
• 适用平台：带 Linux 的嵌入式系统

# RAM 带宽测试（整数）
ramspeed -b int

# RAM 带宽测试（浮点）
ramspeed -b float

工具选择建议：

需求类型	推荐工具	是否需要操作系统
CPU（整数）	CoreMark, Dhrystone	否 / 任意
CPU（浮点）	Linpack	否 / 任意
IO 性能	IOzone, dd	是（Linux）
内存带宽/延迟	RAMspeed	是（Linux）

2. CoreMark使用

CoreMark是一个开源的处理器基准测试程序，用于评估处理器的性能。它由EEMBC(Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)开发，测试内容包括常见的处理器操作，如整数运算、矩阵操作、状态机等，通过运行一系列测试并计算总分来衡量处理器性能。

CoreMark的主要特点:

• 开源免费，代码简洁，可移植性强，方便在不同平台上使用。
• 测试内容覆盖常见处理器操作，结果具有一定代表性。
• 计算量适中，可在各类处理器上运行，从低端单片机到高端应用处理器。
• 测试结果单位为CoreMark/MHz，便于跨平台比较。

使用CoreMark基准测试的步骤:

1. 下载CoreMark源代码，官网Release Tag of official release v1.01 from 2009 · eembc/coremark。
2. 根据目标平台修改配置文件core_portme.h和core_portme.c，配置时钟频率、迭代次数、打印选项等，实现三个关键函数:开始测试、结束测试和时间计数。
3. 编译源文件生成可执行程序。
4. 运行程序，测试过程中会打印迭代进度。
5. 测试完成后输出运行时间、迭代次数和CoreMark得分。

在linux环境下测试比较简单，修改linux64/core_portme.mak文件即可：

...
# 注释掉,利用环境变量传递编译器
# CC = gcc
...
# 添加环境变量的CFLAGS
PORT_CFLAGS := -O2 $(CFLAGS)
...
# 添加环境变量的LDFLAGS
LFLAGS_END += $(LDFLAGS) -lrt
...

使用make compile PORT_DIR=linux64直接编译目标二进制文件，拷贝到设备上运行即可。

root@90cfc5ecd444:~/workspace/packages/coremark-1.01# cat run1.log 
2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 14154
Total time (secs): 14.154000
Iterations/Sec   : 28260.562385
Iterations       : 400000
Compiler version : GCC13.3.0
Compiler flags   : -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -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      : 0x65c5
Correct operation validated. See readme.txt for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 28260.562385 / GCC13.3.0 -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt / Heap

运行参数：CoreMark大小为666字节，运行400000次迭代，编译器版本为GCC 13.3.0。

编译器参数为-O2 -DPERFORMANCE_RUN=1 -lrt，其中-O2表示优化等级为2，-DPERFORMANCE_RUN=1表示定义了性能运行宏，启用了性能测试模式，-lrt表示链接了实时库。内存位置为堆(Heap)。

运行结果:

• 总计运行了14154个ticks(时钟周期)。
• 总运行时间为14.154秒。
• 每秒迭代次数为28260.562385次。
• 完成了400000次迭代。
• CRC校验结果正确,分别给出了list、matrix、state和final的CRC值。

CoreMark得分为28260.562385，即每兆赫运行28260.562385次迭代。

3. IOzone 使用

IOZone是一个广泛使用的文件系统基准测试工具，用于测试不同操作系统下文件系统的性能。它可以测试读、写、重读、重写等多种操作，从而全面评估文件系统的I/O性能。下面介绍如何在嵌入式设备上使用IOZone进行性能测试：

在嵌入式设备上安装IOZone。可以从官网下载源码编译，也可以使用已编译好的二进制文件。将IOZone拷贝到嵌入式设备的文件系统中。

基本用法是：

iozone -a [-s filesize] [-r recordsize] [-f pathname]

• -a 自动测试模式，会自行运行全部的测试，也可以通过-i运行指定的测试用例。
• -s 指定测试文件的大小，单位为KB。建议设置为可用内存的2倍，以免影响结果。
• -r 指定记录大小，单位为KB。记录大小会影响I/O性能。
• -f 指定测试文件的路径。

例如：

测试参数：记录大小(Record Size)为16384 kB，即16MB。文件大小(File size)设置为8388608 kB，即8GB。-a 表示自动模式，测试全部操作，-f 指定测试文件路径，-r 设置记录大小为16MB，-s 设置文件大小为8GB。

处理器缓存大小设置为1024 kB，处理器缓存行大小设置为32字节，文件Stride大小设置为记录大小的17倍。

测试结果的单位为kBytes/sec，即每秒传输的KB数。每一列代表一项测试指标：

• write: 1106269 kB/s，顺序写性能。
• rewrite: 1324957 kB/s，顺序重写性能。
• read: 1597475 kB/s，顺序读性能。
• reread: 1599842 kB/s，顺序重读性能。
• random read: 1782057 kB/s，随机读性能。
• random write: 1361914 kB/s，随机写性能。
• bkwd read: 1678651 kB/s，倒序读性能。
• record rewrite: 3534785 kB/s，记录重写性能。
• stride read: 1791199 kB/s，跳跃读性能。
• fwrite: 1306302 kB/s，文件写性能。
• frewrite: 1272293 kB/s，文件重写性能。
• fread: 1620173 kB/s，文件读性能。
• freread: 1625551 kB/s，文件重读性能。

d rewrite: 3534785 kB/s，记录重写性能。

• stride read: 1791199 kB/s，跳跃读性能。
• fwrite: 1306302 kB/s，文件写性能。
• frewrite: 1272293 kB/s，文件重写性能。
• fread: 1620173 kB/s，文件读性能。
• freread: 1625551 kB/s，文件重读性能。

可以看出，该设备顺序读写性能在1.1-1.5 GB/s左右，随机读写略高一些，达到了1.3~1.7 GB/s。倒序读和跳跃读也有接近1.7 GB/s的表现。记录重写和文件读写的速度也都在1.2 GB/s以上，整体I/O性能表现不错。