使用龙芯2f性能计数器评测程序性能.doc

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1、使用龙芯2f性能计数器评测程序性能评测一个程序的性能有多种方法，对目前大多数benchmark，程序执行时间是一个很重要的标准。但大多数情况下时间仅仅能给出一个结果，却给不了更多的信息，如cache miss,CPU功能部件的利用率，访存指令，分支预测等。这些信息对于知道一个程序的优化往往会起到很重要的作用。很多现代的CPU都有一些内置的计数器用来记录这些事件，X86环境下可以调用一些库对这些计数器进行设置和访问，具体可以参考这里。关于X86下使用performance counter的方法很多，而且资料也很容易找到，大家google一下就好了。龙芯从早一个版本(loongson 2e)就提供

2、了性能计数器，龙芯2f的计数器基本同2e大概上没有什么区别，定义了两个性能计数器(performance counter)，分别映射到CP0(协处理器)的第24、25号寄存器。25号寄存器是64位，其高32位用作counter1,对应的event1,低32位用作counter0,对应event0，event0和event1是由24号寄存器的5-12位控制的，其中5-8位为event0，9-12位为event1，用户可以通过设置24号寄存器相应的位来控制counter记录的事件，event0和event1对应的事件如下所示：event0：0000周期0001分支指令0010指令0011指令并且域

3、rs=31 0100一级I-cache缺失0101 Alu1操作已发射0110 Mem操作已发射0111 Falu1操作已发射1000猜测指令1001从主存中读1010固定发射队列满的次数1011重排队列满的次数1100 CP0队列满的次数1101 Tlb重填例外1110例外1111内部例外event1：0000提交操作0001分支预测失败0010预测失败0011 JR且rs=31预测失败0100一级D-cache缺失0101 Alu2操作已发射0110 Falu2操作已发射0111 Uncached访问1000 BHT猜测错误1001写到主存1010浮点指针队列满的次数1011分支队列满的次

4、数1100 Itlb缺失1101例外总数1110投机缺失1111队列向前加载要使用计数器，首先要设置24号寄存器中event0和event1所对应的域。比如你要测一级I-Cache miss和一级D-Cache miss，那么就要把24号寄存器设置成0x44f(0-4位以及其他位为默认值)。但是有一个问题，龙芯2f协处理器只有在内核态下才能更改，因此我们要更改24号寄存器，需要模块的帮助。龙芯的协处理器是通过MFC0/DMFC0来读和通过MFT0/DMFT0来写的，如果在用户态下使用MFT0/DMFT0指令，会在运行时得到非法指令的错误信息。即便是在内核态下，很多寄存器也是只读的。下面我们写一

5、个简单的小模块来更改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生成模块后，使用insmod loongson_counter.ko将模块加载，这时就可以使用25号寄存器记录I-cache miss和D-cache miss了。

7、在具体程序中，如果你要计算一个函数带来的cache miss，可以在这个函数开头通过MFC0/DMFC0指令读取计数器中的初始值，然后在函数结尾，再读取一次，两次相减就得到了该函数造成的cache miss。注意硬件性能计数器是一个全局的计数器，即如果你在运行你要测试的函数同时运行了其他程序，其他程序造成的cache miss也会记录在计数器里。所以在保持cpu独占的情况下可以测试几次取平均值。下面以一个sort()函数为例示例怎么在函数中应用：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的初始值记录下来qsort(.)；.；asm volatile(.set mips3ntdmfc0%0,ntdsra%0,32ntmfc0%0,nt：=r(dcache_miss),=r(icache_miss)；/记录函数运行后计数器的值fprintf(stderr,I cache miss is：%dn,icache_miss-icache_init)；fprintf(stderr,D cach

9、e miss is：%dn,dcache_miss-dcache_init)；/红色部分为使用performance counter所加入的代码现在我们已经可以使龙芯2f的计数器起作用了，但是还存在一个问题，如果我有一个代码量相对比较多的程序，想做一个工具来多方面的评测这个程序，许要使用到各种不同的计数器事件，而又不想每次都重新编译加载一个内核来改变这个事件，这时候就需要写一个相对稍复杂一些的模块用来设置事件，下面是我写的一个模块，可以通过write系统调用来改变事件。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_in

15、it(&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跟上一个例子的基本一致。使用该模块的方法为：1、在root下使用命令mknod/dev/pcounter c33 02、在root下使用命令chmod 666/dev/pcounter 3、编译该模块，使用insmod加载模块4、在程序中可以通过write系统调用来更改性能计数器的事件，代码如下：#define writelong 9int fd；fd=open(/dev/pcounter,O_RDWR)；write(fd,01000100,writelong)；/写入的8个字符，前4位表示event0,后4位表示event1