使用龍芯2f性能計數(shù)器評測程序性能

1、使用龍芯2f性能計數(shù)器評測程序性能評測一個程序的性能有多種方法，對目前大多數(shù)benchmark，程序執(zhí)行時間是一個很重要的標(biāo)準(zhǔn)。但大多數(shù)情況下時間僅僅能給出一個結(jié)果，卻給不了更多的信息，如cache miss,cpu功能部件的利用率，訪存指令，分支預(yù)測等。這些信息對于知道一個程序的優(yōu)化往往會起到很重要的作用。很多現(xiàn)代的cpu都有一些內(nèi)置的計數(shù)器用來記錄這些事件，x86環(huán)境下可以調(diào)用一些庫對這些計數(shù)器進行設(shè)置和訪問，具體可以參考這里。關(guān)于x86下使用performance counter的方法很多，而且資料也很容易找到，大家google一下就好了。龍芯從早一個版本(loongson 2e)就提供

2、了性能計數(shù)器，龍芯2f的計數(shù)器基本同2e大概上沒有什么區(qū)別，定義了兩個性能計數(shù)器(performance counter)，分別映射到cp0(協(xié)處理器)的第24、25號寄存器。25號寄存器是64位，其高32位用作counter1,對應(yīng)的event1,低32位用作counter0,對應(yīng)event0，event0和event1是由24號寄存器的5-12位控制的，其中5-8位為event0，9-12位為event1，用戶可以通過設(shè)置24號寄存器相應(yīng)的位來控制counter記錄的事件，event0和event1對應(yīng)的事件如下所示：event0：0000周期0001分支指令0010指令0011指令并且域

3、rs=31 0100一級i-cache缺失0101 alu1操作已發(fā)射0110 mem操作已發(fā)射0111 falu1操作已發(fā)射1000猜測指令1001從主存中讀1010固定發(fā)射隊列滿的次數(shù)1011重排隊列滿的次數(shù)1100 cp0隊列滿的次數(shù)1101 tlb重填例外1110例外1111內(nèi)部例外event1：0000提交操作0001分支預(yù)測失敗0010預(yù)測失敗0011 jr且rs=31預(yù)測失敗0100一級d-cache缺失0101 alu2操作已發(fā)射0110 falu2操作已發(fā)射0111 uncached訪問1000 bht猜測錯誤1001寫到主存1010浮點指針隊列滿的次數(shù)1011分支隊列滿的次

4、數(shù)1100 itlb缺失1101例外總數(shù)1110投機缺失1111隊列向前加載要使用計數(shù)器，首先要設(shè)置24號寄存器中event0和event1所對應(yīng)的域。比如你要測一級i-cache miss和一級d-cache miss，那么就要把24號寄存器設(shè)置成0x44f(0-4位以及其他位為默認值)。但是有一個問題，龍芯2f協(xié)處理器只有在內(nèi)核態(tài)下才能更改，因此我們要更改24號寄存器，需要模塊的幫助。龍芯的協(xié)處理器是通過mfc0/dmfc0來讀和通過mft0/dmft0來寫的，如果在用戶態(tài)下使用mft0/dmft0指令，會在運行時得到非法指令的錯誤信息。即便是在內(nèi)核態(tài)下，很多寄存器也是只讀的。下面我們寫一

5、個簡單的小模塊來更改event0和event1：loongson_counter.c#include linux/init.h#include linux/module.h module_license(dual bsd/gpl)；static int event_init(void)unsigned int event=0x44f；asm volatile(mtc0%0,：r(event)；return 0；static void event_exit(void)module_init(set_init)；module_exit(set_exit)；makefileifneq($(kerne

6、lrelease),)obj-m：=loongson_counter.o else kerneldir?=/lib/modules/$(shell uname-r)/build pwd：=$(shell pwd)clean：rm-rf*.o*core.depend.*.cmd*.ko*.mod.c.tmp_versions default：$(make)-c$(kerneldir)m=$(pwd)modules endif make生成模塊后，使用insmod loongson_counter.ko將模塊加載，這時就可以使用25號寄存器記錄i-cache miss和d-cache miss了。

7、在具體程序中，如果你要計算一個函數(shù)帶來的cache miss，可以在這個函數(shù)開頭通過mfc0/dmfc0指令讀取計數(shù)器中的初始值，然后在函數(shù)結(jié)尾，再讀取一次，兩次相減就得到了該函數(shù)造成的cache miss。注意硬件性能計數(shù)器是一個全局的計數(shù)器，即如果你在運行你要測試的函數(shù)同時運行了其他程序，其他程序造成的cache miss也會記錄在計數(shù)器里。所以在保持cpu獨占的情況下可以測試幾次取平均值。下面以一個sort()函數(shù)為例示例怎么在函數(shù)中應(yīng)用：sort.cvoid sort()usigned int icache_init,dcache_initi,cache_miss,dcache_mis

8、s；asm volatile(.set mips3ntdmfc0%0,ntdsra%0,32ntmfc0%0,nt：=r(dcache_init),=r(icache_init)；/把counter的初始值記錄下來qsort(.)；.；asm volatile(.set mips3ntdmfc0%0,ntdsra%0,32ntmfc0%0,nt：=r(dcache_miss),=r(icache_miss)；/記錄函數(shù)運行后計數(shù)器的值fprintf(stderr,i cache miss is：%dn,icache_miss-icache_init)；fprintf(stderr,d cach

9、e miss is：%dn,dcache_miss-dcache_init)；/紅色部分為使用performance counter所加入的代碼現(xiàn)在我們已經(jīng)可以使龍芯2f的計數(shù)器起作用了，但是還存在一個問題，如果我有一個代碼量相對比較多的程序，想做一個工具來多方面的評測這個程序，許要使用到各種不同的計數(shù)器事件，而又不想每次都重新編譯加載一個內(nèi)核來改變這個事件，這時候就需要寫一個相對稍復(fù)雜一些的模塊用來設(shè)置事件，下面是我寫的一個模塊，可以通過write系統(tǒng)調(diào)用來改變事件。loongson_counter.c#include linux/module.h#include linux/init.h#

10、include linux/fs.h#include linux/cdev.h module_license(dual bsd/gpl)；module_author(sponge)；module_description(change event of performance counter)；module_alias(set_event)；/function convert char to int int convert_event(char*array)int ret=0；int i；for(i=0；i=3；i+)/printk(ret is：%x,i is%x,arrayiis%cn,re

11、t,i,arrayi)；if(arrayi=1)ret=ret+(1(3-i)；else if(arrayi=0)continue；else return-einval；return ret；/function used to modify the register int event_write(struct file*filp,const char _user*buff,size_t count,loff_t*f_pos)int e0,e1；/variables hold the event number char buff_k9；/buffer holds date transform

12、from user space char event05；char event15；/these two array hold event number in form of char int i；/loop counter int regval；/the value that will transform to if(count！=9)return-einval；/copy user date if(copy_from_user(buff_k,buff,9)return-efault；/convert user date to array for(i=0；i=3；i+)event0i=buf

13、f_ki；event1i=buff_ki+4；/convert char to int if(e0=convert_event(event0)=-einval)return-einval；if(e1=convert_event(event1)=-einval)return-einval；/printk(event0 is%x,event1 is%xn,e0,e1)；/compute regval=(e0 5)|(e1 9)|0xf；asm volatile(mtc0%0,：r(regval)；/unsigned int val=0；/asm volatile(mfc0%0,：=r(val)；/

14、printk(kern_emergcurrent cp0_24 value is 0x%xn,val)；return 0；struct cdev event；struct file_operations event_ops；/init function static int init_event(void)/register the device event if(register_chrdev_region(mkdev(33,0),1,pcounter)return-efault；/register operations event_ops.write=event_write；cdev_init(&event,&event_ops)；cdev_add(&event,mkdev(33,0),1)；return 0；/clean function static void exit_event(void)/unregister device cdev_del(&event)；unregister_chrdev_region(mkdev(33,0),1)；module_init(init_event)；module_exit(exit_event)；makefile跟上一個例子的基本一致。使用該模塊的方法為：1、在root下使