YASKAWA JANCD-GSC02

YASKAWA JANCD-GSC02  在LEON軟核系統上移植成功Linux后，通過特定測試程序驗證LEON在數學運算上的性能，以確定是否滿足項目開發的需求。測試中對比ARM9 SC32410，分析LEON以及其集成FPU配置的性能，并根據測試結果對軟硬件配置進一步優化。由于LEON硬件配置十分靈活，因此在測試中采用了多種平臺，編譯程序的選項也有對應的設置。中斷響應、功耗等雖然也是處理器性能的重要方面，但本文尚未涉及。

2．1 測試平臺

（1）硬件測試平臺

硬件測試平臺如表1所列。

TSIM仿真器通過主機的浮點機制來進行浮點運算仿真，因此仿真器的浮點精度與主機平臺相關。仿真器的時間精度與MeikoFPU相同，集成FPU的LEON3相當于集成MeikoFPU的LEON3。

（2）軟件測試平臺

①LEON2和LEON3在Linux 2．6．11下運行。

②直接使用gcc編譯生成程序加載到LEON上并運行，無操作系統。

③SamsungS3C2410在Linux 2．4．18下運行。

（3）不同硬件測試平臺上測試程序說明

不同的硬件平臺和軟件平臺的搭配需在編譯程序過程中特定選項（通過Makefile管理）：

①一msoft-float選項。LEON平臺上若未集成FPU，則進行浮點運算必須該選項，此時所有浮點運算轉化為軟件模擬實現，代價是運行時間大大增加，優勢是能夠節省硬件資源（加入FPU后LEON的LE的使用率是無FPU情況下的近2倍）。

②-mv8選項。LEON平臺上配置硬件整數乘除法構件時需要該選項。

③sparc-linux-gcc和sparc-elf-gcc編譯器。對于LEON平臺，若在Linux系統上運行測試程序，則需用sparc-linux-gcc進行編譯，程序使用動態鏈接庫完成鏈接；若直接在LEON硬件上加載運行，則需用sparc-elf-gcc：進行編譯，程序使用靜態鏈接庫完成鏈接。

④arm-linux-gcc：編譯器。ARM9的S3C2410編譯器為arm-linux-gcc。

⑤-O3優化選項。LEON和ARM的微處理器通過該選項進行程序算法優化。

2．2測試項目及說明

測試項目1：整型數組與浮點數組的加法、乘法及乘加運算。每種類型的運算都循環50 000次，以驗證LEON各種平臺和ARM9的MCU在數學運算上的性能，并分析加入Linux系統后程序運行性能的變化。

測試項目2：單次濾波算法，程序每一次運行包含12 791次浮點乘法和13 595次浮點加法，以驗證在導航系統的濾波算法中LEON在多種配置下的性能。

測試程序采用clock（）系統調用獲取算法開始運行和結束運行的時間，并以算法的運行時間作為衡量系統效能的唯一標準。

2．3測試總結

LEON平臺靈活的軟硬件配置在多項測試中表現優異，總結如下：

①與主流ARM9微處理器在數學運算上性能相當。

②嵌入式Linux操作系統平臺相對于無系統平臺有一定資源開銷，根據具體應用合理選擇軟件平臺是否需要嵌入式Linux系統。

③-mv8和-03選項后程序性能提升顯著，根據具體應用合理選擇是否配置整數硬件乘除法器。

④LEON硬件配置FPU后浮點運算性能提高一個數量級，代價是綜合需要的邏輯資源增長一倍，在權衡性能和可編程器件資源后合理選擇配置方案。

結合導航系統SoC芯片高速數據處理的需求，設計方案定型為LEON+FPU，在測試中能夠滿足系統的運算吞吐量指標要求。

可配置FPU對LEON數學運算性能的提升極為有效，特別是在運算密集型的SoC設計中。LEON3的GRFPU相對于其他常見微處理器的FPU有較大優勢。表2為若干處理器核FPU單元完成浮點運算指令需要的處理（延遲）時鐘周期數對比情況口。

時鐘周期數說明：括號外數字是指令處理周期數，即硬件流水線中完成該指令的周期；括號內數字是指令延遲周期數，即該指令進入流水線至從流水線中輸出結果所需要的時鐘周期數。

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