本帖最后由 MM灵灵灵 于 2022-8-4 10:57 编辑
MM32F5 系列漫谈 5：基于 MindSDK 的 CoreMark 移植
MM32F5270 是灵动近期发布的全新性能型 MCU 产品，采用“星辰”处理器做为主控核心，并在系统架构和外设配置上做了全面的升级。漫谈系列的前几期中依次介绍了 MM32F5270 中的多处创新特色，细心的读者可能对“星辰”处理器的跑分数据还有印象，没错，第一期中笔者曾经提到过“星辰”处理器达到了 4.02 CoreMark/MHz，相较于 Cortex-M3 和 Cortex-M4 有约 17~20% 的提升。本期，笔者就来说说 CoreMark 跑分，以及如果利用 MindSDK 轻松将 CoreMark 程序移植到 PLUS-F5270 开发板上，并将跑分结果和友商的高性能产品做一个对比。
一.CoreMark 测试
<div>CoreMark 是评测 MCU 性能的最常用测试程序之一，经常能看到很多国际大厂将 CoreMark 分数标注在产品手册上，足以体现 CoreMark 测试的权威性。</div><div>
</div><div>CoreMark 是由 EEMBC 提出的基准测试程序，可通过 EEMBC 官网（www.eembc.org）下载 。根据 EEMBC 的介绍，CoreMark 是为了测试处理器功能而特制的基准测试程序，其通过产生单一数字的跑分结果，来帮助用户快速的对不同的处理器做出比较。</div>
下载后的程序包结构如下图所示，其中，coremark-main 文件夹下的 .c 和 .h 是 CoreMark 测试的核心程序，和程序运行的平台没有关系，所以理论上，coremark-main 下的文件是不需要修改的。同时看到 coremark-main 文件夹下有很多子文件夹，这些文件夹是移植到不同操作系统上所需要修改的文件，即 core_portme.*。这里，考虑到我们仅运行 CoreMark 程序，不需要跑操作系统，因此，选择其中的 barebones 文件夹，打开后看到里面包含了 core_portme.c，core_portme.h 以及其它一些程序和 Makefile。后期的移植就是通过修改这些 portme 文件实现。
到这里，我们运行 CoreMark 所需的所有文件已经就位。简单看下 CoreMark 中到底测试了哪些内容。CoreMark 的核心程序有 3 个，分别是 core_list_join.c，core_matrix.c，core_state.c。其中，core_list_join 用于列表运算测试，主要包括列表插入、删除、反转等操作；core_matrix 用于矩阵运算测试，主要包括矩阵的乘法、加法等；core_state 用于状态机运算测试，主要运行状态的转换。
CoreMark 结果通过完成指定运算量所需要的时间来表征，即 CoreMark = Data size/时间。这个结果用于评定 MCU 的性能，而非 CPU 性能。CoreMark 分数和 CPU 的主频有关，如果仅评估 CPU 的性能，则通过 CoreMark 分数和主频的比值来表示，即 CoreMark/MHz。“星辰”处理器 4.02 CoreMark/MHz 就是这么来的。
二.借助 MindSDK 移植 CoreMark
接下来就是 CoreMark 的移植。前面提到 CoreMark 的核心程序是和平台无关的，那我们需要移植哪些内容呢？很简单，仅需要处理好以下几点：
- 提供时间基准 – CoreMark 测试需要知晓运算所花费的时间，因此需要定义一些 API 来告诉 CoreMark 当前时间是多少，而最终 CoreMark 测试关心的是测试开始到测试结束的时间差。
- 系统初始化 – 包括Cache 配置、电源配置、时钟配置等。
- 提供串口打印 – CoreMark 的结果需要打印出来，一般通过串口打印的方式接收 CoreMark 的结果。
- 最后，还要将 CoreMark 程序放入 IDE 中，并下载到开发板上运行。这里采用 IAR 开发，在 PLUS-F5270 开发板上运行。
这里选择基于 MindSDK 进行移植。MindSDK（mm32-mcu-sdk）是由灵动官方的软件团队开发和维护的基于灵动微控制器的软件开发平台。其包含了驱动程序、功能组件、样例工程及演示工程。用户可以访问灵动官网，到产品-> MM32F5270 -> 工具和软件下找到 MindSDK 的入口，也可以直接访问 mindsdk.mindmotion.com.cn 登录并获取。
MindSDK 中包含了这里所需的所有驱动程序，基于 MindSDK 可以实现快速 CoreMark 移植。
这里，我们登录到 MindSDK 网站，选择 Toolchain 为 IAR，选择开发板为 PLUS-F5270，点击 BUILD PROJECT，即可生成 PLUS-F5270 配套 SDK 包。
下载下来的 plus-f5270_iar SDK 包的内部结构如下图所示：
这里，考虑到移植需要用到串口打印，因此笔者选择了基于 demo_apps -> basic 中的 hello_world 工程进行移植，这里，需要以下几个步骤：
- 将 hello world 工程拷贝一份，重命名为 Coremark_test。
- 新建一个 Coremark 文件夹，将 Coremark 程序拷贝进去。
- 打开 IAR 工程，添加 Coremark 程序，并删除原有的 main.c。
- 在 portme.c 的 portable_init 函数中做系统初始化配置。
这里的配置包含以下几步：
- 第一步是打开指令和数据缓存，MM32F5270 所配置的缓存是“星辰”处理器自带的 L1 缓存，指令和数据各 4KB，其调用的 API （SCB_ 开头）都已经在头文件 core_star.h 中定义好，该头文件位于 MindSDK 的 device/CMSIS/Include 路径下。
- 第二步是板子初始化，这里直接拷贝 hello world main.c 中的BOARD_Init() 函数。其中包含了时钟的初始化、IO 引脚的初始化和串口的初始化（用于串口打印）。这里 CPU 配置为 120MHz。
- 第三步是定时器的初始化，这里直接将 driver_examples -> tim -> tim_basic 中的 app_tim_init() 函数拷贝到 core_portme.c 来修改。这里采用 32 位定时器 TIM2 做为系统时间基准，配置 TIM2 运行在 120MHz，分频系数为 100，计数周期为 1000 秒。
- 以上配置完毕后，CoreMark 的移植工作就完成了。可以看出，基于 MindSDK 移植 CoreMark 程序是非常简单的。此时打开编译配置可以看到，该工程选择了 Mind Motion MM32F5277E9P 做为 Device，Core 识别为 STAR。
三.基于 PLUS-F5270 运行 CoreMark
接下来，需要将程序下载到 PLUS-F5270 开发板中运行。这里，PLUS-F5270 开发板是灵动联合逐飞科技打造的 MM32F5270 系列全功能评估板，目前已经可以通过逐飞科技官方淘宝账户购买。
PLUS-F5270 开发板没有板载调试器，用户需要通过外部调试器连接。目前，J-LINK V9 或以上版本已经支持 STAR 处理器，用户也可以通过 DAP-LINK 来进行调试和烧写。其硬件连接如下图所示。
四.CoreMark 结果对比
这里对 MM32F5270 进行了多种配置下的 CoreMark 测试，包括不同的编译器优化条件、不同的 CoreMark size。这里，程序运行在内置 Flash 中（0x08000000），中间数据存放在 System RAM （0x30000000）中。
测试结果如下图所示，可以看到，MM32F5270 在优化开到最大的条件下，达到了 3.93 CoreMark/MHz，这个数值已经非常接近理论极限值 4.02 CoreMark/MHz，可以看出MM32F5270 的运行效率还是很高的。
其中，优化开到最大时的串口打印结果如下图所示，可以看到，MM32F5270 在 21.2 秒内完成了 10000 次迭代，因此跑分结果为 1000/21.2 = 471.4 CoreMark，单位主频的分数为 471.4 CoreMark/120MHz ≈ 3.93 CoreMark/MHz。
将这个数据和友商的 Cortex-M4 处理器进行了对比，这里选择的 Cortex-M4 处理器运行在 180MHz，配置 1KB L2 指令缓存和 128B L2 数据缓存，测试时打开 I/D Cache，并使能 Flash prefetch，得到其运行结果是 3.34 CoreMark/MHz。实测结果显示， MM32F5270 的 CoreMark 结果比友商 Cortex-M4 产品快了约 18%。在不同的编译优化程度下也有 14% ~ 19% 的提升。
这个结果是否和 CoreMark size 有关呢？为此，对不同 CoreMark size 下的结果进行了对比，可以看出，当 CoreMark size 增加时，“星辰”处理器相对于 Cortex-M4 有 19% ~ 23% 的提升，并且 Data size 越大，CoreMark提升就越多。
五.小结 & Next
本文介绍了如何利用 MindSDK 轻松将 CoreMark 移植到 PLUS-F5270 开发板上，并将实测结果和 Cortex-M4 进行了对比。测试结果显示 “星辰”处理器相较于 Cortex-M4 有约 14% ~ 23% 的性能提升。
CoreMark 测试仅仅是常用的基准测试之一，感兴趣的读者也可以基于 MindSDK 和 PLUS-F5270 开发板移植 Dhrystone 等其它测试程序。
未完待续！本文是 MM32F5 漫谈系列的第五篇，后续将为大家持续更新，旨在分享 MM32F5 系列中所包含的那些有趣的技术，敬请期待！
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