轻松玩转树莓派Pico之七、让Pico跑个分_树莓派移植coremark跑分

1、CoreMark介绍

CoreMark是一个综合基准，用于测量嵌入式系统中使用的中央处理器(CPU)的性能。代码用C编写，包含以下算法：列表处理(增删改查和排序)、矩阵操作(公共矩阵操作)、状态机(确定输入流是否包含有效数字)和CRC（Cyclic redundancy check 循环冗余校验） 。目前 CoreMark已迅速成为测量与比较处理器性能的业界基准测试。

为了确保编译器在编译时不会预先计算结果，程序的每次计算均会即时得到一项数据，而此数据不会再编译时被得到。另外，在计时中，所有的代码均为基准自身的代码，而不是调用库中的代码。

测试标准是在配置参数的组合下单位时间内运行的CoreMark程序次数（单位：CoreMark/MHz），该数字值越大则说明测试的性能越好。

eembc官网https://www.eembc.org/coremark/scores.php

有各种CPU进行CoreMark测试后的数据可以查阅比对。不同编译器及编译器优化等级对应的coremark得分都不一样。

CoreMark官网：Embedded Microprocessor Benchmark Consortium

源码下载地址：GitHub - eembc/coremark: CoreMark® is an industry-standard benchmark that measures the performance of central processing units (CPU) and embedded microcrontrollers (MCU).

2、CoreMark适配

使用前文《pico-project-generator使用》生成的项目，将CoreMark代码下载至项目文件夹下。下载完成后，可以看到以下源文件在根目录下，其他文件夹都是针对不同平台的适配文件。

• core_list_join.c

• core_main.c

• core_matrix.c

• core_state.c

• core_util.c

• coremark.h

• barebones目录：裸机环境下需要修改的适配文件

• posix目录：cygwin、linux、freebsd、macos、rtems等操作系统都采用这个适配文件

• simple目录：基本移植需要修改的适配文件

posix目录是为支持posix平台实现，如Linux。这次coremark基于FreeRTOS操作系统下进行，使用posix下的文件进行修改工作量较少。同时posix适配可通过修改MULTITHREAD宏进行多核并行运行。RP2040芯片是双核Cortex-M0+芯片，但本次只使用单核测试，也为后续做双核coremark测试做准备。

适配文件主要是修改posix目录下的core_portme.c和core_portme.h。

2.1、添加FreeRTOS相关文件

参照前文《FreeRTOS体验》一文，添加FreeRTOS相关文件，并可正常运行。

2.2、添加coremark相关文件

主要涉及CMakeLists.txt的add_executable加入coremark对应的c文件，target_include_directories加入对应.h路径。

add_executable(pico_coremark pico_coremark.c 
  FreeRTOS-Kernel/event_groups.c
  FreeRTOS-Kernel/list.c
  FreeRTOS-Kernel/queue.c
  FreeRTOS-Kernel/tasks.c
  FreeRTOS-Kernel/timers.c
  FreeRTOS-Kernel/portable/GCC/ARM_CM0/port.c
  FreeRTOS-Kernel/portable/MemMang/heap_4.c
  coremark/core_list_join.c
  coremark/core_main.c
  coremark/core_matrix.c
  coremark/core_state.c
  coremark/core_util.c
  coremark/posix/core_portme.c
)

target_include_directories(pico_coremark PRIVATE
  ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}
  ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/.. # for our common lwipopts or any other standard includes, if required
  ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/FreeRTOS-Kernel/include
  ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/FreeRTOS-Kernel/portable/GCC/ARM_CM0
  ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/coremark
  ${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/coremark/posix
)

2.3、修改core_portme.h

在core_portme.h头文件中加入：

• #define USE_CLOCK 1

• #define MAIN_HAS_NOARGC 1

• #define SEED_METHOD SEED_VOLATILE

• #define ITERATIONS 10000，由于CoreMark必须要运行超过10s，如果coremark在运行过程中提示出错，须将此参数改大。

• 设定memory模式：我选择的是使用FreeRTOS的堆，添加#define MEM_METHOD MEM_MALLOC

• 指定编译参数：#define FLAGS_STR"-O3"，根据当前编译优化参数写入

• 指定存储相关参数：#define MEM_LOCATION "code in flash, data on heap"

• 我们在适配中要使用到FreeRTOS相关接口，加入相关头文件

 
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

• 其他参数使用默认设置

2.4、修改core_portme.c

• 修改MEM_METHOD == MEM_MALLOC下对应malloc、free函数实现。

修改portable_malloc函数内malloc为pvPortMalloc

修改portable_free函数内malloc为pvPortFree

 
/* Function: portable_malloc
        Provide malloc() functionality in a platform specific way.
*/
void *
portable_malloc(size_t size)
{
    return pvPortMalloc(size);
}
/* Function: portable_free
        Provide free() functionality in a platform specific way.
*/
void
portable_free(void *p)
{
    vPortFree(p);
}

• 修改USE_CLOCK使能后计时相关接口为FreeRTOS提供的函数

 
#define NSECS_PER_SEC              configTICK_RATE_HZ
#define CORETIMETYPE               TickType_t
#define GETMYTIME(_t)              (*_t = xTaskGetTickCount())

3、跑分

3.1、修改core_mian.c

由于pico默认有main函数，进入main函数进行硬件初始化，FreeRTOS任务创建等工作。core_main.c中也定义了main函数，重定义了，修改core_main.c中的main为coremark_main，并通过创建的task，在task中调用coremark_main，以免main函数栈空间不够运行失败。

代码如下：

 
#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
 
// UART defines
// By default the stdout UART is `uart0`, so we will use the second one
#define UART_ID uart1
#define BAUD_RATE 9600
 
// Use pins 4 and 5 for UART1
// Pins can be changed, see the GPIO function select table in the datasheet for information on GPIO assignments
#define UART_TX_PIN 4
#define UART_RX_PIN 5
 
// GPIO defines
// Example uses GPIO 2
#define GPIO 2
 
void vTaskCode( void * pvParameters )
{
    /* The parameter value is expected to be 1 as 1 is passed in the
    pvParameters value in the call to xTaskCreate() below. 
    configASSERT( ( ( uint32_t ) pvParameters ) == 1 );
    */
   extern void coremark_main();
   coremark_main();
 
    const uint LED_PIN = PICO_DEFAULT_LED_PIN;
    gpio_init(LED_PIN);
    gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT);
    
    for( ;; )
    {
        vTaskDelay(500);
        gpio_put(LED_PIN, 1);
        vTaskDelay(500);
        gpio_put(LED_PIN, 0);
    }
}
 
int main()
{
    stdio_init_all();
    
    BaseType_t xReturned;
    TaskHandle_t xHandle = NULL;
    /* Create the task, storing the handle. */
    xReturned = xTaskCreate(
                    vTaskCode,       /* Function that implements the task. */
                    "Blinky task",   /* Text name for the task. */
                    512,             /* Stack size in words, not bytes. */
                    ( void * ) 1,    /* Parameter passed into the task. */
                    tskIDLE_PRIORITY,/* Priority at which the task is created. */
                    &xHandle );   
 
    vTaskStartScheduler();
    return 0;
}

3.2、测速跑分

Pico默认工作频率为133MHz，代码通过QSPI运行在外部Flash上。

• Debug编译模式下：

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 63178
Total time (secs): 63.178000
Iterations/Sec   : 158.282947
Iterations       : 10000
Compiler version : GCC10.2.1 20201103 (release)
Compiler flags   : -O0
Memory location  : code in flash, data on heap
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x988c
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 158.282947 / GCC10.2.1 20201103 (release) -O0 / code in flash, data on heap

• Release编译模式下：

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 42558
Total time (secs): 42.558000
Iterations/Sec   : 234.973448
Iterations       : 10000
Compiler version : GCC10.2.1 20201103 (release)
Compiler flags   : -O3
Memory location  : code in flash, data on heap
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x988c
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 234.973448 / GCC10.2.1 20201103 (release) -O3 / code in flash, data on heap

3.3、跑分结果

Debug模式下 coremark为1.18CoreMark/MHz，Release模式下1.75CoreMark/MHz，Debug和Release编译模式运行速度有一定的差距。