2021年6月30日 / 最終更新日時 : 2021年7月14日 neocodemura Raspberry Pi

DhrystoneでRaspberry Pi Picoのベンチマークを取る

動作確認

シリアルモニターでDhrystoneプログラムの確認をしますが、シリアルモニターはUartを使います。ここまでプログラム変更をして、いきなりflashしたかの記事になっていますが、実際にはデバッガーを使ってデバッグしながらプログラム変更を行っています(後で触れます)。

その際にUSBシリアルだとプログラムをbreakなどするとシリアル通信が途切れてしまいます。そのためデバッガーを使う際にはUartシリアルを使う必要があります。

Uart配線は「Raspberry Pi Pico “Hello World”実施」でも触れているように以下のようになります。

Raspberry Pi	Raspberry Pi Pico
GND(Pin 14)	GND(Pin 3)
GPIO15(UART_RX0, Pin 10)	GP0(UART0_TX, Pin 1)
GPIO14(UART_TX0, Pin 8)	GP1(UART0_RX, Pin2)

配線を済ませてUSBケーブルを指し直すとプログラムが走りますが、すぐに終わってしまうのでまずシリアルモニターを起動しておいてからUSBケーブルを差して電源投入します。

$ minicom -b 115200 -o -D /dev/serial0

1	$ minicom -b 115200 -o -D /dev/serial0

DMIPS=Dhrystones_per_Second / 1757なので248504.7 / 1757 ≒ 141.4DMIPS、1.06 DMIPS / MHzになりました。

Cortex-M0+は0.93 DMIPS/MHzらしいのでPicoは133MHzなのでカタログ値としては0.93 x 133 = 123.69DMIPSになります。

「DhrystoneでSTマイクロのベンチマークを取る」でもそうでしたが額面通り以上の結果になりました。額面通り以上かはともかく近い値になるのは当たり前かもしれません…

額面通り以上になるということは同じCortex-M0+のSTM32G031K8(pico – nucleo対照表)は64MHzなので0.93 x 64 = 59.52DMIPSくらいになると予想されます。やはりPicoは2倍超の処理能力がありそうです。

ただ私としてはSTマイクロを使い慣れていますし、STマイクロのほうがペリフェラルが充実しているので、一般用途ではSTマイクロ、高CPが求められる場合はPico(RP2040)という選択になるのではないかなと思います。

/*
 ****************************************************************************
 *
 *                   "DHRYSTONE" Benchmark Program
 *                   -----------------------------
 *                                                                            
 *  Version:    C, Version 2.1
 *                                                                            
 *  File:       dhry_1.c (part 2 of 3)
 *
 *  Date:       May 25, 1988
 *
 *  Author:     Reinhold P. Weicker
 *
 ****************************************************************************
 */

#include "dhry.h"

#include <stdlib.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/time.h"

/* Global Variables: */

Rec_Pointer     Ptr_Glob,
                Next_Ptr_Glob;
int             Int_Glob;
Boolean         Bool_Glob;
char            Ch_1_Glob,
                Ch_2_Glob;
int             Arr_1_Glob [50];
int             Arr_2_Glob [50] [50];

// extern char     *malloc ();
Enumeration     Func_1 ();
  /* forward declaration necessary since Enumeration may not simply be int */

#ifndef REG
        Boolean Reg = false;
#define REG
        /* REG becomes defined as empty */
        /* i.e. no register variables   */
#else
        Boolean Reg = true;
#endif

/* variables for time measurement: */

#ifdef TIMES
struct tms      time_info;
extern  int     times ();
                /* see library function "times" */
#define Too_Small_Time (2*HZ)
                /* Measurements should last at least about 2 seconds */
#endif
#ifdef TIME
extern long     time();
                /* see library function "time"  */
#define Too_Small_Time 2
                /* Measurements should last at least 2 seconds */
#endif
#ifdef MSC_CLOCK
extern clock_t	clock();
#define Too_Small_Time (2*HZ)
#endif

#define too_Small_Time 2e6
absolute_time_t begin_Time, end_Time;
int64_t user_Time;

long            Begin_Time,
                End_Time,
                User_Time;
float           Microseconds,
                Dhrystones_Per_Second;


/* end of variables for time measurement */


main ()
/*****/

  /* main program, corresponds to procedures        */
  /* Main and Proc_0 in the Ada version             */
{
        One_Fifty       Int_1_Loc;
  REG   One_Fifty       Int_2_Loc;
        One_Fifty       Int_3_Loc;
  REG   char            Ch_Index;
        Enumeration     Enum_Loc;
        Str_30          Str_1_Loc;
        Str_30          Str_2_Loc;
  REG   int             Run_Index;
  REG   int             Number_Of_Runs;

  /* Initializations */
  stdio_init_all();

  Next_Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));
  Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));

  Ptr_Glob->Ptr_Comp                    = Next_Ptr_Glob;
  Ptr_Glob->Discr                       = Ident_1;
  Ptr_Glob->variant.var_1.Enum_Comp     = Ident_3;
  Ptr_Glob->variant.var_1.Int_Comp      = 40;
  strcpy (Ptr_Glob->variant.var_1.Str_Comp, 
          "DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING");
  strcpy (Str_1_Loc, "DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING");

  Arr_2_Glob [8][7] = 10;
        /* Was missing in published program. Without this statement,    */
        /* Arr_2_Glob [8][7] would have an undefined value.             */
        /* Warning: With 16-Bit processors and Number_Of_Runs > 32000,  */
        /* overflow may occur for this array element.                   */

  printf ("\n");
  printf ("Dhrystone Benchmark, Version 2.1 (Language: C)\n");
  printf ("\n");
  if (Reg)
  {
    printf ("Program compiled with 'register' attribute\n");
    printf ("\n");
  }
  else
  {
    printf ("Program compiled without 'register' attribute\n");
    printf ("\n");
  }
  printf ("Please give the number of runs through the benchmark: ");
  {
    int n;
    scanf ("%hd", &n);

    // Number_Of_Runs = n;
    Number_Of_Runs = 1e6;
  }
  printf ("\n");

  printf ("Execution starts, %d runs through Dhrystone\n", Number_Of_Runs);

  /***************/
  /* Start timer */
  /***************/
 
#ifdef TIMES
  times (&time_info);
  Begin_Time = (long) time_info.tms_utime;
#endif
#ifdef TIME
  Begin_Time = time ( (long *) 0);
#endif
#ifdef MSC_CLOCK
  // Begin_Time = clock();
  begin_Time = get_absolute_time();
#endif

  for (Run_Index = 1; Run_Index <= Number_Of_Runs; ++Run_Index)
  {

    Proc_5();
    Proc_4();
      /* Ch_1_Glob == 'A', Ch_2_Glob == 'B', Bool_Glob == true */
    Int_1_Loc = 2;
    Int_2_Loc = 3;
    strcpy (Str_2_Loc, "DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING");
    Enum_Loc = Ident_2;
    Bool_Glob = ! Func_2 (Str_1_Loc, Str_2_Loc);
      /* Bool_Glob == 1 */
    while (Int_1_Loc < Int_2_Loc)  /* loop body executed once */
    {
      Int_3_Loc = 5 * Int_1_Loc - Int_2_Loc;
        /* Int_3_Loc == 7 */
      Proc_7 (Int_1_Loc, Int_2_Loc, &Int_3_Loc);
        /* Int_3_Loc == 7 */
      Int_1_Loc += 1;
    } /* while */
      /* Int_1_Loc == 3, Int_2_Loc == 3, Int_3_Loc == 7 */
    Proc_8 (Arr_1_Glob, Arr_2_Glob, Int_1_Loc, Int_3_Loc);
      /* Int_Glob == 5 */
    Proc_1 (Ptr_Glob);
    for (Ch_Index = 'A'; Ch_Index <= Ch_2_Glob; ++Ch_Index)
                             /* loop body executed twice */
    {
      if (Enum_Loc == Func_1 (Ch_Index, 'C'))
          /* then, not executed */
        {
        Proc_6 (Ident_1, &Enum_Loc);
        strcpy (Str_2_Loc, "DHRYSTONE PROGRAM, 3'RD STRING");
        Int_2_Loc = Run_Index;
        Int_Glob = Run_Index;
        }
    }
      /* Int_1_Loc == 3, Int_2_Loc == 3, Int_3_Loc == 7 */
    Int_2_Loc = Int_2_Loc * Int_1_Loc;
    Int_1_Loc = Int_2_Loc / Int_3_Loc;
    Int_2_Loc = 7 * (Int_2_Loc - Int_3_Loc) - Int_1_Loc;
      /* Int_1_Loc == 1, Int_2_Loc == 13, Int_3_Loc == 7 */
    Proc_2 (&Int_1_Loc);
      /* Int_1_Loc == 5 */

  } /* loop "for Run_Index" */

  /**************/
  /* Stop timer */
  /**************/
  
#ifdef TIMES
  times (&time_info);
  End_Time = (long) time_info.tms_utime;
#endif
#ifdef TIME
  End_Time = time ( (long *) 0);
#endif
#ifdef MSC_CLOCK
  // End_Time = clock();
  end_Time = get_absolute_time();
#endif

  printf ("Execution ends\n");
  printf ("\n");
  printf ("Final values of the variables used in the benchmark:\n");
  printf ("\n");
  printf ("Int_Glob:            %d\n", Int_Glob);
  printf ("        should be:   %d\n", 5);
  printf ("Bool_Glob:           %d\n", Bool_Glob);
  printf ("        should be:   %d\n", 1);
  printf ("Ch_1_Glob:           %c\n", Ch_1_Glob);
  printf ("        should be:   %c\n", 'A');
  printf ("Ch_2_Glob:           %c\n", Ch_2_Glob);
  printf ("        should be:   %c\n", 'B');
  printf ("Arr_1_Glob[8]:       %d\n", Arr_1_Glob[8]);
  printf ("        should be:   %d\n", 7);
  printf ("Arr_2_Glob[8][7]:    %d\n", Arr_2_Glob[8][7]);
  printf ("        should be:   Number_Of_Runs + 10\n");
  printf ("Ptr_Glob->\n");
  printf ("  Ptr_Comp:          %d\n", (int) Ptr_Glob->Ptr_Comp);
  printf ("        should be:   (implementation-dependent)\n");
  printf ("  Discr:             %d\n", Ptr_Glob->Discr);
  printf ("        should be:   %d\n", 0);
  printf ("  Enum_Comp:         %d\n", Ptr_Glob->variant.var_1.Enum_Comp);
  printf ("        should be:   %d\n", 2);
  printf ("  Int_Comp:          %d\n", Ptr_Glob->variant.var_1.Int_Comp);
  printf ("        should be:   %d\n", 17);
  printf ("  Str_Comp:          %s\n", Ptr_Glob->variant.var_1.Str_Comp);
  printf ("        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING\n");
  printf ("Next_Ptr_Glob->\n");
  printf ("  Ptr_Comp:          %d\n", (int) Next_Ptr_Glob->Ptr_Comp);
  printf ("        should be:   (implementation-dependent), same as above\n");
  printf ("  Discr:             %d\n", Next_Ptr_Glob->Discr);
  printf ("        should be:   %d\n", 0);
  printf ("  Enum_Comp:         %d\n", Next_Ptr_Glob->variant.var_1.Enum_Comp);
  printf ("        should be:   %d\n", 1);
  printf ("  Int_Comp:          %d\n", Next_Ptr_Glob->variant.var_1.Int_Comp);
  printf ("        should be:   %d\n", 18);
  printf ("  Str_Comp:          %s\n",
                                Next_Ptr_Glob->variant.var_1.Str_Comp);
  printf ("        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING\n");
  printf ("Int_1_Loc:           %d\n", Int_1_Loc);
  printf ("        should be:   %d\n", 5);
  printf ("Int_2_Loc:           %d\n", Int_2_Loc);
  printf ("        should be:   %d\n", 13);
  printf ("Int_3_Loc:           %d\n", Int_3_Loc);
  printf ("        should be:   %d\n", 7);
  printf ("Enum_Loc:            %d\n", Enum_Loc);
  printf ("        should be:   %d\n", 1);
  printf ("Str_1_Loc:           %s\n", Str_1_Loc);
  printf ("        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING\n");
  printf ("Str_2_Loc:           %s\n", Str_2_Loc);
  printf ("        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING\n");
  printf ("\n");

  // User_Time = End_Time - Begin_Time;
  user_Time = absolute_time_diff_us(begin_Time, end_Time);
  
  // if (User_Time < Too_Small_Time)
  if(user_Time < too_Small_Time)
  {
    printf ("Measured time too small to obtain meaningful results\n");
    printf ("Please increase number of runs\n");
    printf ("\n");
  }
  else
  {
#ifdef TIME
    Microseconds = (float) User_Time * Mic_secs_Per_Second 
                        / (float) Number_Of_Runs;
    Dhrystones_Per_Second = (float) Number_Of_Runs / (float) User_Time;
#else
    // Microseconds = (float) User_Time * Mic_secs_Per_Second 
    //                     / ((float) HZ * ((float) Number_Of_Runs));
    // Dhrystones_Per_Second = ((float) HZ * (float) Number_Of_Runs)
    //                     / (float) User_Time;
    Microseconds = (float) user_Time / (float) Number_Of_Runs;
    Dhrystones_Per_Second = (float) Number_Of_Runs / ((float) user_Time / (float) 1e6);
#endif
    printf ("Microseconds for one run through Dhrystone: ");
    printf ("%6.1f \n", Microseconds);
    printf ("Dhrystones per Second:                      ");
    printf ("%6.1f \n", Dhrystones_Per_Second);
    printf ("\n");
  }
  
}


Proc_1 (Ptr_Val_Par)
/******************/

REG Rec_Pointer Ptr_Val_Par;
    /* executed once */
{
  REG Rec_Pointer Next_Record = Ptr_Val_Par->Ptr_Comp;  
                                        /* == Ptr_Glob_Next */
  /* Local variable, initialized with Ptr_Val_Par->Ptr_Comp,    */
  /* corresponds to "rename" in Ada, "with" in Pascal           */
  
  structassign (*Ptr_Val_Par->Ptr_Comp, *Ptr_Glob); 
  Ptr_Val_Par->variant.var_1.Int_Comp = 5;
  Next_Record->variant.var_1.Int_Comp 
        = Ptr_Val_Par->variant.var_1.Int_Comp;
  Next_Record->Ptr_Comp = Ptr_Val_Par->Ptr_Comp;
  Proc_3 (&Next_Record->Ptr_Comp);
    /* Ptr_Val_Par->Ptr_Comp->Ptr_Comp 
                        == Ptr_Glob->Ptr_Comp */
  if (Next_Record->Discr == Ident_1)
    /* then, executed */
  {
    Next_Record->variant.var_1.Int_Comp = 6;
    Proc_6 (Ptr_Val_Par->variant.var_1.Enum_Comp, 
           &Next_Record->variant.var_1.Enum_Comp);
    Next_Record->Ptr_Comp = Ptr_Glob->Ptr_Comp;
    Proc_7 (Next_Record->variant.var_1.Int_Comp, 10, 
           &Next_Record->variant.var_1.Int_Comp);
  }
  else /* not executed */
    structassign (*Ptr_Val_Par, *Ptr_Val_Par->Ptr_Comp);
} /* Proc_1 */


Proc_2 (Int_Par_Ref)
/******************/
    /* executed once */
    /* *Int_Par_Ref == 1, becomes 4 */

One_Fifty   *Int_Par_Ref;
{
  One_Fifty  Int_Loc;  
  Enumeration   Enum_Loc;

  Int_Loc = *Int_Par_Ref + 10;
  do /* executed once */
    if (Ch_1_Glob == 'A')
      /* then, executed */
    {
      Int_Loc -= 1;
      *Int_Par_Ref = Int_Loc - Int_Glob;
      Enum_Loc = Ident_1;
    } /* if */
  while (Enum_Loc != Ident_1); /* true */
} /* Proc_2 */


Proc_3 (Ptr_Ref_Par)
/******************/
    /* executed once */
    /* Ptr_Ref_Par becomes Ptr_Glob */

Rec_Pointer *Ptr_Ref_Par;

{
  if (Ptr_Glob != Null)
    /* then, executed */
    *Ptr_Ref_Par = Ptr_Glob->Ptr_Comp;
  Proc_7 (10, Int_Glob, &Ptr_Glob->variant.var_1.Int_Comp);
} /* Proc_3 */


Proc_4 () /* without parameters */
/*******/
    /* executed once */
{
  Boolean Bool_Loc;

  Bool_Loc = Ch_1_Glob == 'A';
  Bool_Glob = Bool_Loc | Bool_Glob;
  Ch_2_Glob = 'B';
} /* Proc_4 */


Proc_5 () /* without parameters */
/*******/
    /* executed once */
{
  Ch_1_Glob = 'A';
  Bool_Glob = false;
} /* Proc_5 */


        /* Procedure for the assignment of structures,          */
        /* if the C compiler doesn't support this feature       */
#ifdef  NOSTRUCTASSIGN
memcpy (d, s, l)
register char   *d;
register char   *s;
register int    l;
{
        while (l--) *d++ = *s++;
}
#endif

100

101

main ()

/*****/

/* main program, corresponds to procedures */

/* Main and Proc_0 in the Ada version */

{

One_Fifty Int_1_Loc;

REG One_Fifty Int_2_Loc;

One_Fifty Int_3_Loc;

REG char Ch_Index;

Enumeration Enum_Loc;

Str_30 Str_1_Loc;

Str_30 Str_2_Loc;

REG int Run_Index;

REG int Number_Of_Runs;

/* Initializations */

stdio_init_all();

Next_Ptr_Glob = (Rec_Pointer) malloc (sizeof (Rec_Type));

デバッガー

いきなりプログラムを書いて動かしたかのような記事になっていますが、実際にはデバッガーをつないでデバッグしながらやりました。

前回の「Raspberry Pi Picoをデバッガーで動かす」でVSCodeでやるデバッグする記事を書きましたが、実際にやってみると重いし不安定なのでターミナルから実行しました。

「Raspberry Pi Picoでデバッガーを動かす」でOpenOCDやGDBがインストールされていれば後は実行するだけです。

今回も「Getting started with Raspberry Pi Pico」”Chapter 6. Debugging with SWD”を元にやっています。

SWD配線

「Raspberry Pi Picoでデバッガーを動かす」でやったようにSWDも配線します。

上の記事で作ったbuildディレクトリーはいったん削除してDebugバージョンでbuildし直します。

$ cd ~/pico-exam/dhrystone/
$ rm -rf build
$ mkdir build
$ cd build
$ export PICO_SDK_PATH=~/pico/pico-sdk
$ cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug ..
$ make -j4

$ cd ~/pico-exam/dhrystone/

$ rm -rf build

$ mkdir build

$ cd build

$ export PICO_SDK_PATH=~/pico/pico-sdk

$ cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug ..

$ make -j4

OpenOCDをスタートします。

openocd -f interface/raspberrypi-swd.cfg -f target/rp2040.cfg

1	openocd -f interface/raspberrypi-swd.cfg -f target/rp2040.cfg

別のターミナルを開き、gdbをスタートします。

~/pico_exam/dhrystone/build $ gdb-multiarch dhrystone.elf

1	~/pico_exam/dhrystone/build $ gdb-multiarch dhrystone.elf

GDBをOpenOCDに接続します。

(gdb) target remote localhost:3333

1	(gdb) target remote localhost:3333

dhrystone.elfをロードして走らせます。

(gdb) load
Loading section .boot2, size 0x100 lma 0x10000000
...
(gdb) monitor reset init
(gdb) b main
(gdb) continue

(gdb) load

Loading section .boot2, size 0x100 lma 0x10000000

...

(gdb) monitor reset init

(gdb) b main

(gdb) continue

これでmainの先頭でbreakしています。

以下はコマンドを使ってデバッグしていきます。

(gdb) continue        /* プログラムを再開 */
(gdb) b 100           /* 100行目にbreak pointをセット */
(gdb) break 1         /* 1つ目のbreak pointを削除 */
(gdb) next            /* step over */
(gdb) print user_Time /* user_Timeの内容を表示 */

(gdb) continue /* プログラムを再開 */

(gdb) b 100 /* 100行目にbreak pointをセット */

(gdb) break 1 /* 1つ目のbreak pointを削除 */

(gdb) next /* step over */

(gdb) print user_Time /* user_Timeの内容を表示 */

終わり

カテゴリー: Raspberry Pi

タグ: benchmark Debugger Dhrystone DMIPS GDB OpenOCD Pico Raspberry Pi Pico SWD デバッガーピコベンチマークラズパイラズベリーパイラズベリーパイピコ

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