龙芯嵌入式系统的性能分析与优化研究

摘要

性能分析与优化一直是计算机研究中的热点。程序中执行时间最长的通常就是很小部分的热点函数和热点指令。性能分析与优化的目的就是要发现程序热点，分析瓶颈原因，选择合适的优化方法使之执行更快。随着嵌入式系统越来越复杂，性能分析也变得越来越困难。为了提高性能分析效率，人们设计了一系列的辅助工具。目前各种分析工具都有自身的适用范围，如果要进行系统分析就需要几种工具综合使用，从而对整个系统有个全面正确的分析。 本文主要讨论龙芯嵌入式系统的性能分析与优化。首先，我们对当前普遍使用的性能分析方法作了深入的研究，比较了各种方法的优缺点。然后在龙芯Linux平台下设计实现了针对汇编程序和模拟器Trace记录的指令分析器My-Analysis，整合了网络上的一些开源资源，实现了一款利用gprofile统计信息绘出程序调用关系图的脚本程序SeeProgram2008。针对龙芯平台上的全系统的性能分析工具oprofile存在使用烦琐低效率的问题，开发出E-oprofile工具，方便用户使用，解决了大型测试程序的多事件自动连续采样问题。 借助oprofile工具、sim-godson模拟器和My-Analysis等分析工具，以EEMBC嵌入式基准测试程序组作为目标工作负载，来详细地分析了龙芯处理器的IPC、Cache不命中、分支误预测率等与性能相关的事件，并根据具体程序特点提出相应的优化方法。蕞后，通过对EEMBC电信类典型应用自相关程序进行了分析优化，提出了一种四阶段人工优化软件流水方法(FPMO)，实验结果表明FPMO方法以2.04％的代码增量为代价换来了40.678％的性能提升，而单纯的编译器自动优化则以33.35％的体积膨胀换来38.33％的性能提高。FPMO方法解决了在嵌入式系统硬件资源受限时的程序优化问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1课题的提出、目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1性能分析方法研究

1.2.2微处理器的性能模型研究

1.2.3性能分析工具研究

1.2.4性能测试的工作负载研究

1.2.5软件优化研究

1.3研究内容与思路

1.4论文的组织结构

第二章 性能分析工具

2.1 Oprofile性能分析工具

2.1.1工作原理

2.1.2组成部

2.1.3对oprofile工具的改进

2.2 Gprof

2.3龙芯2号模拟器

2.4 SeeProgram2008

2.5 My-Analysis

2.6本章小结

第三章 EEMBC程序行为和性能分析

3.1办公自动化(OfficeAutomation)测试程序

3.1.1 OA类程序测试目的和算法特点

3.1.2 Oprofile采样结果分析

3.1.3 oA类程序的指令分布

3.1.4 OA类程序的热点函数与热点指令分析

3.1.5 OA类测试程序分析小结

3.2电信类(Telecom)测试程序

3.2.1电信类程序测试目的和算法特点

3.2.2 Oprofile采样结果分析

3.2.3电信类测试程序的指令比例分布

3.2.4电信类程序的热点函数与热点指令分析

3.2.5电信类测试程序小结

3.3网络类(Network)测试程序

3.3.1网络类程序测试目的和算法特点

3.3.2 Oprofile采样结果分析

3.3.3网络类测试程序的指令比例分布

3.3.4网络类程序的热点函数与热点指令分析

3.3.5网络类测试程序小结

3.4本章小结

第四章 FPMO性能分析优化方法研究与应用

4.1相关工作

4.2四阶段的人工优化软件流水方法

4.3试验平台

4.3.1测试环境

4.3.2嵌入式测试程序EEMBC

4.4性能优化与分析

4.4.1测试环境

4.4.2人工优化

4.4.3实验结果分析

4.4.4进一步优化研究

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢