用于嵌入式計算機性能評測技術(shù)及其方法研究

　1引言

　　嵌入式計算機的設(shè)計不同于通用的計算機設(shè)計，它的設(shè)計過程較復(fù)雜。對于嵌人式計算機的設(shè)計，是針對具體的應(yīng)用問題，通過對問題的描述、建模，分解嵌入式計算的任務(wù)需求后，在建立的計算模型上，進一步地向設(shè)計的領(lǐng)域轉(zhuǎn)換，即：將需要完成的計算任務(wù)向可以有效地解決該問題的嵌入式計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成映射。

　　嵌人式計算機的設(shè)計，涉及到軟件和硬件的分別設(shè)計。硬件的設(shè)計，主要是需要考慮處理器的類型及數(shù)量，系統(tǒng)組成部件(包括處理器、存儲器、專用部件及可編程部件、I／O部件等)之間的互聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)(即選擇通信部件，以什么樣的總線協(xié)議進行系統(tǒng)各組成部件的互聯(lián))。嵌入式計算機，由于其設(shè)計時間要求、應(yīng)用環(huán)境的限制，對它的設(shè)計成本、設(shè)計性能都有特殊的要求。

　　嵌入式計算機的設(shè)計*價指標，可以是多種指標的綜合，例如：處理速度(主要以任務(wù)的計算時間度量)、設(shè)計體積、設(shè)計成本、實時反應(yīng)能力、系統(tǒng)的功耗、可靠性與可信度等。由于嵌入式計算機設(shè)計本身的復(fù)雜性及特殊性，不同的設(shè)計要求，*價的方式方法對不同的設(shè)計過程各不相同，同時，對這些*價指標的偏好程度及側(cè)重點也不相同。有的環(huán)境要求很苛刻的實時性，有的應(yīng)用場合要求很小的設(shè)計體積，有的要求在較小的設(shè)計成本下獲得盡可能快的處理速度等。因此，嵌入式計算機的設(shè)計*價與測量是復(fù)雜的。

　　本文主要就嵌入式計算機的設(shè)計*價指標、*價方法，使用到的*測技術(shù)及用于設(shè)計過程中的*測基準方法進行分析，并對未來的嵌入式計算機設(shè)計中用到的*測基準技術(shù)進行探討。

　　2嵌入式計算機的設(shè)計性能測試指標

　　對于嵌入式計算機的設(shè)計性能進行*價，需要對構(gòu)成嵌入式計算機系統(tǒng)的組成部件，如嵌入式微處理器、編譯器、運行庫等關(guān)鍵的系統(tǒng)構(gòu)件的*價性能特征，定義一系列的性能指標。用于嵌入式計算機設(shè)計性能*測的常用指標有以下幾種：

　　(1)系統(tǒng)的執(zhí)行時間(Execution Time)和加速比(Speed Up)

　　嵌入式計算機設(shè)計對于運行的應(yīng)用程序執(zhí)行時間衡量，是嵌入式計算機系統(tǒng)設(shè)計性能測試中最重要的性能指標。用于*測的基準程序運行時間，即基準程序的運行速度，直接反映了嵌入式系統(tǒng)的性能。這一性能指標，主要由嵌入式微處理器、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和I／O系統(tǒng)的整體性能決定，同時，也與應(yīng)用程序向嵌入式計算機目標處理器編譯過程有關(guān)。編譯器的優(yōu)化能力、支持程序運行的運行庫性能對應(yīng)用程序的運行時間，有著密切的關(guān)系，同時，也受操作系統(tǒng)的開銷和同時運行的其他用戶任務(wù)的影響。這一性能指標，通常會選擇系統(tǒng)對應(yīng)用測試程序的最大峰值速度作為為度量的指標。

　　通過對比測試，可以*測2個嵌入式系統(tǒng)及構(gòu)成系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計的改進加速比：

　　(2)代碼尺寸(Code Size)

　　代碼尺寸是指將應(yīng)用程序的源程序，由編譯器編譯后生成的二進制代碼大小。嵌入式系統(tǒng)是資源受限的系統(tǒng)，它的內(nèi)存資源往往受應(yīng)用需求與成本的限制，要求應(yīng)用程序的目標代碼在達到一定性能的條件下，盡可能降低代碼尺寸，以減少對有限內(nèi)存資源的占用量。通過編譯后的基準測試程序代碼尺寸，可以反映微處理器的代碼壓縮性能和用于這種微處理器上編譯器的存儲優(yōu)化性能。

　　(3)系統(tǒng)功耗(Energy Consumption)

　　目前的嵌入式系統(tǒng)，對于電源的要求也較為苛刻。由電池供電的嵌入式系統(tǒng)，一般都盡可能節(jié)省電源的要求。低功耗的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，不僅節(jié)省了系統(tǒng)的電源耗費成本，而且在很程度上可以有效地延長系統(tǒng)使用壽命。因此，對于系統(tǒng)的功耗*價，也是嵌入式系統(tǒng)的一項重要性能指標。嵌入式系統(tǒng)的能量消耗主要由各芯片的工藝屬性和電路規(guī)模決定，受芯片電源管理控制。進一步的系統(tǒng)設(shè)計，進入片上系統(tǒng)(System-on-a-Chip，SoC)的設(shè)計時代后，系統(tǒng)的功耗就將會有硬件本身維持運行所消耗的靜態(tài)功耗及進行軟件任務(wù)的計算所表現(xiàn)出的系統(tǒng)芯片邏輯門翻轉(zhuǎn)而引起的動態(tài)功耗。在目前普通的嵌入式計算機中，硬件芯片的功耗管理，可以最終通過指令序列和軟件編程控制，分別由編譯器指令調(diào)度和操作系統(tǒng)功耗管理模塊完成。嵌入式系統(tǒng)的功耗指標，表征著嵌入式系統(tǒng)硬件、操作系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)的省電屬性。