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简介:

       在之前的帖子（RA8 PMU 模块功能寄存器功能说明），我们已经介绍了PMU线管的寄存器，我们在此基础上继续使用CMSIS 的接口使用PMU 模块去评估CPU运行的性能。M85 的 CMSIS 软件包已经提供了PMU 的接口函数对应的接口函数如下，我们可以使用对应的接口来评估CPU的性能。

PMU 使用的配置流程如下：

CMSIS 定义的 PMU 监测的event 如下：

我们参照上述流程图在待评估性能的代码前配置PMU并清0 对应cycle counter 和 event ,代码执行后读取 cycle counter 和 event  monitor 的数值信息，从而实现代码执行的性能监测。按照该思路我们实现void pmu_monitor_start(void) 函数使能pmu 配置监测ARM_PMU_INST_RETIRED/ARM_PMU_MEM_ACCESS/ARM_PMU_L1D_CACHE_REFILL/CPU_CYCLE 性能参数，添加代码如下。

void pmu_monitor_start(void)
{
    memset((void*)pmu_event_counter,0,sizeof(pmu_event_counter));
    /* Disable the PMU */
    ARM_PMU_Disable();
    /* Disable PMU Cycle Counter */
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CCNTR_ENABLE_Msk);
    /* Disable PMU Cycle Counter IRQ */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CYCCNT_ENABLE_Msk);
    /* Reset PMU Cycle Counter */
    ARM_PMU_CYCCNT_Reset();
    /* Clear overflow status */
    ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CYCCNT_STATUS_Msk);
    /* Reset PMU Event Counters */
    ARM_PMU_EVCNTR_ALL_Reset();

    /* configure event counter */
    /* 32 bit counter for instruction architecturally executed */
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(0,ARM_PMU_INST_RETIRED);
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(1,ARM_PMU_CHAIN);
    /* clear counter 0/1 overflow flag */
    ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT0_STATUS_Msk
                         | PMU_OVSCLR_CNT1_STATUS_Msk);
    /* enable counter 1 interrupt */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Enable(PMU_INTENSET_CNT1_ENABLE_Msk);
    /* enable counter 0/1 */
    ARM_PMU_CNTR_Enable(PMU_CNTENSET_CNT0_ENABLE_Msk
                         | PMU_CNTENSET_CNT1_ENABLE_Msk);

    /* 32bit counter for all Data memory Accesses */
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(2,ARM_PMU_MEM_ACCESS);
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(3,ARM_PMU_CHAIN);
    /* clear counter 2/3 overflow flag */
    ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT2_STATUS_Msk
                         | PMU_OVSCLR_CNT3_STATUS_Msk);
    /* enable counter 3 interrupt */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Enable(PMU_INTENSET_CNT3_ENABLE_Msk);
    /* enable counter 2/3 */
    ARM_PMU_CNTR_Enable(PMU_CNTENSET_CNT2_ENABLE_Msk
                         | PMU_CNTENSET_CNT3_ENABLE_Msk);

    /* 16bit counter for data cache refill */
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(4,ARM_PMU_L1D_CACHE_REFILL);
    /* clear counter 4 overflow flag */
    ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT4_STATUS_Msk);
    /* enable counter 4 interrupt */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Enable(PMU_INTENSET_CNT4_ENABLE_Msk);
    /* enable counter 4 */
    ARM_PMU_CNTR_Enable(PMU_CNTENSET_CNT4_ENABLE_Msk);

    /* 16bit counter for Instruction architecturally executed, condition code
       check pass, exception return */
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(5,ARM_PMU_EXC_RETURN);
    /* clear counter 5 overflow flag */
    ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT5_STATUS_Msk);
    /* enable counter 5 interrupt */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Enable(PMU_INTENSET_CNT5_ENABLE_Msk);
    /* enable counter 5 */
    ARM_PMU_CNTR_Enable(PMU_CNTENSET_CNT5_ENABLE_Msk);

    /* 16bit counter for Exception taken */
    ARM_PMU_Set_EVTYPER(6,ARM_PMU_EXC_TAKEN);
    /* clear counter 6 overflow flag */
    ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT6_STATUS_Msk);
    /* enable counter 5 interrupt */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Enable(PMU_INTENSET_CNT6_ENABLE_Msk);
    /* enable counter 5 */
    ARM_PMU_CNTR_Enable(PMU_CNTENSET_CNT6_ENABLE_Msk);

    /*  */

    /*
    TRCENA, bit [24]
        Trace enable. Global enable for all DWT, PMU, and ITM features.
    UMON_EN, bit [21]
        Unprivileged monitor enable. DebugMonitor pend enable when the PE is in an unprivileged mode.
    SDME, bit [20]
        Secure DebugMonitor enable. Indicates whether the DebugMonitor targets the Secure or the Non-secure
        state and whether debug events are allowed in Secure state.
    MON_EN, bit [16]
        Monitor enable. Enable the DebugMonitor exception.
    */
    DCB->DEMCR |= DCB_DEMCR_UMON_EN_Msk     |
                  DCB_DEMCR_SDME_Msk        |
                  DCB_DEMCR_TRCENA_Msk      |
                  DCB_DEMCR_MON_EN_Msk;

    /* enable PMU Cycle Counter interrupt */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Enable(PMU_INTENSET_CCYCNT_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Enable(PMU_CNTENSET_CCNTR_ENABLE_Msk);

    /* Enable the PMU */
    ARM_PMU_Enable();
    /* force to disable DWT */
    DWT->CTRL = 0;

}

因为PMU event 的overflow 事件会触发DebugMon_Handler 中断我们添加中断函数处理PMU 的overflow 事件，对统计计数进行统计并清除对应的中断标志位。

static int64_t pmu_event_counter[__PMU_NUM_EVENTCNT + 1] = {0};

static void pmu_monitor_overflow(void)
{
    if (!(SCB->DFSR & SCB_DFSR_PMU_Msk)) {
        return ;
    }

    if(ARM_PMU_Get_CNTR_OVS() & PMU_OVSSET_CYCCNT_STATUS_Msk)
    {
        /* clear overflow event */
        ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CYCCNT_STATUS_Msk);
        pmu_event_counter[__PMU_NUM_EVENTCNT] += (int64_t)0x100000000;
    }

    if(ARM_PMU_Get_CNTR_OVS() & PMU_OVSSET_CNT1_STATUS_Pos)
    {
        /* clear overflow event */
        ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT1_STATUS_Pos);
        pmu_event_counter[1] += (int64_t)0x100000000;
    }

    if(ARM_PMU_Get_CNTR_OVS() & PMU_OVSSET_CNT3_STATUS_Pos)
    {
        /* clear overflow event */
        ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT3_STATUS_Pos);
        pmu_event_counter[3] += (int64_t)0x100000000;
    }

    if(ARM_PMU_Get_CNTR_OVS() & PMU_OVSSET_CNT4_STATUS_Pos)
    {
        /* clear overflow event */
        ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT4_STATUS_Pos);
        pmu_event_counter[4] += (int64_t)0x100000;
    }

    if(ARM_PMU_Get_CNTR_OVS() & PMU_OVSSET_CNT5_STATUS_Pos)
    {
        /* clear overflow event */
        ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT5_STATUS_Pos);
        pmu_event_counter[5] += (int64_t)0x100000;
    }

    if(ARM_PMU_Get_CNTR_OVS() & PMU_OVSSET_CNT6_STATUS_Pos)
    {
        /* clear overflow event */
        ARM_PMU_Set_CNTR_OVS(PMU_OVSCLR_CNT6_STATUS_Pos);
        pmu_event_counter[6] += (int64_t)0x100000;
    }
}

__USED
void DebugMon_Handler(void)
{
    pmu_monitor_overflow();
}

我们在待评估代码后添加stop 接口，停止对应的事件监测，并计算对应的统计结果打印输出添加void pmu_monitor_stop(void) 函数，对应代码如下：

void pmu_monitor_stop(void)
{
    /* Disable the PMU */
    ARM_PMU_Disable();
    /* Disable ISR */
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CYCCNT_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT0_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT1_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT2_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT3_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT4_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT5_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT6_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_Set_CNTR_IRQ_Disable(PMU_INTENCLR_CNT7_ENABLE_Msk);

    /* Disable PMU Cycle Counter */
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CCNTR_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT0_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT1_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT2_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT3_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT4_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT5_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT6_ENABLE_Msk);
    ARM_PMU_CNTR_Disable(PMU_CNTENCLR_CNT7_ENABLE_Msk);

    pmu_event_counter[__PMU_NUM_EVENTCNT] += ARM_PMU_Get_CCNTR();
    pmu_event_counter[1] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(0);
    pmu_event_counter[1] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(1)<<16;
    pmu_event_counter[3] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(2);
    pmu_event_counter[3] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(3)<<16;
    pmu_event_counter[4] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(4);
    pmu_event_counter[5] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(5);
    pmu_event_counter[6] += ARM_PMU_Get_EVCNTR(6);

    printf("cycle %lld \r\n",pmu_event_counter[__PMU_NUM_EVENTCNT]);
    printf("INST_RETIRED %lld \r\n",pmu_event_counter[1]);
    printf("MEM_ACCESS %lld \r\n",pmu_event_counter[3]);
    printf("CACHE_REFILL %lld \r\n",pmu_event_counter[4]);
    printf("EXC_RETURN %lld \r\n",pmu_event_counter[5]);
    printf("EXC_TAKEN %lld \r\n",pmu_event_counter[6]);

}

我么已经添加了start/stop 接口在中间添加测试评估代码即可评估该段代码性能参数。按照此方法添加如下测试代码。

#if (PERFC_LOW_LEVEL_TYPE_PMU != PERFC_LOW_LEVEL_TYPE)

#include "drv_pmu.h"
#include "littleshell.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

unsigned int pmutest(char argc,char ** argv)
{
    pmu_monitor_start();
    vTaskDelay(1000);
    pmu_monitor_stop();
    
    static volatile int buff[100];
    pmu_monitor_start();
    memset((void *)buff,0,sizeof(buff));
    pmu_monitor_stop();
    return 1;
}
LTSH_FUNCTION_EXPORT(pmutest,"test pmu");


#endif /* end of PERFC_LOW_LEVEL_TYPE_PMU != PERFC_LOW_LEVEL_TYPE */

上述测试代码 vTaskDelay(1000)/memset((void *)buff,0,sizeof(buff))  代码的性能参数。运行结果如下。

至此我们已经完成了使用PMU 测试代码运行期间的性能参数的测试评估,从测试结果看我们的cpu 运行频率480M,vTaskDelay(1000) 占用的cycle counter 和理论值的480000000基本是一致的。