使用龙芯2f性能计数器评测程序性能

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_init(&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