Сравнение компиляторов для разработки на микроконтроллерах с ядром ARM Cortex-M

Сравнение компиляторов для разработки на микроконтроллерах с ядром ARM Cortex-M - 1
В этой статье протестируем 3-и компилятора для микроконтроллеров Kinetis с ядром ARM Cortex-M4.
Запустим тесты CoreMark, Whetstone, Dhrystone.
Исследуем алгоритмы сжатия с минимальным потреблением ОЗУ и выясним как влияют на их быстродействие разные компиляторы.
И даже попытаемся узнать насколько отстает Kinetis по быстродействию от Intel Core I7.

Предыдущие статьи о разработке на микроконтроллерах Kinetis:

В статье “Начало разработки на микроконтроллерах Kinetis. Быстрый старт” ^[1] была описана среда разработки Kinetis Design Studio v3.0.0 (KDS). Среда KDS использует в качестве инструмента компиляции и сборки программного обеспечения пакет GNU Tools for ARM Embedded Processors. Туда в частности входит компилятор GCC для ARM. Компилятор неплохой во всех смыслах. Но если мы посмотрим сколько существует у него ветвей в директории gcc.gnu.org/svn/gcc/branches, то увидим их более 300! Сколько же сил надо чтобы поддерживать такое огромное количество ветвей!? А ведь проект не коммерческий. С другой стороны серия ARM Cortex-M не мэйнстрим, не используются в смартфонах, к ним не привлечено так много внимания сообщества поддерживающего Open Source.

Это все заставляет подумать, особенно если собираться втягиваться в долгое и изнурительное программирование микроконтроллеров с мегабайтами непроходимых исходников, ограниченным пространством памяти, неизвестными требованиями но с молниеносной реакцией на их изменения.

К счастью KDS обеспечена плагинами для конвертации под другие известные пакеты компиляции и сборки — Keil ^[5] и IAR ^[6]. Большинство демо-проектов для Kinetis сопровождается 3-мя конфигурациями для сборки средствами GCC, Keil ^[5] и IAR ^[6]. Однако в наборе программного обеспечения для Kinetis нет достаточно всеобъемлющего теста для сравнения этих инструментов компиляции между собой. Поэтому пришлось создать свой.
Проект создан в KDS с использованием плагина ProcessorExpert для микроконтроллера MK60FN1M0VLQ12 на плате представленной в статье “Умная плата для управления силовыми 3-х фазными нагрузками” ^[4]

Вот экран проекта в KDS:
Сравнение компиляторов для разработки на микроконтроллерах с ядром ARM Cortex-M - 2

Что входит в пакет тестов

Проект Whetstone ^[7]. Очень старый и простой тест производительности вычислений с плавающей точкой. Тест очень легко портируется и может выполняться на простейших микроконтроллерах. В нашем случае представлено две реализации: вариант вычислений c типом float и вариант с типом double. Это важно, поскольку в первом случае у Cortex-M4 используется сопроцессор, а во втором нет.

Проект Dhrystone ^[8]. Тест производительности целочисленных операций. Типы float и double нигде не применяются. Тест тоже легко портируется и имеется огромный архив результатов для всевозможных микроконтроллеров и компьютеров.

Проект CoreMark ^[9]. Современный тест, специально разработанный для встраиваемых систем. Может стать индустриальным стандартом. Его результаты сертифицируются организацией EEMBC, а значит защищены в какой-то мере от читинга и фальсификации.
Результаты теста CoreMark вызывают наибольшее доверие при комплексном тестировании производительности микроконтроллеров и сравнении компиляторов. На нем в принципе можно было бы и ограничится, но тесты сами по себе не несут никакой практической пользы для встраиваемых приложений, и чтобы придать большее прикладное значение этим тестам я добавил еще тестирование алгоритмов сжатия.

Для начала пришлось найти подходящий менеджер памяти (менеджер кучи или heap).

Проект umm_malloc. Нашелся на Github ^[10]. С виду показался вполне подходящим. Стандартный менеджер кучи из библиотеки C-и я использовать отказался по двум причинам. Во-первых, в каждой из сред Keil ^[5], IAR, GCC будет своя библиотека кучи и не хотелось тратить время на исследование особенностей каждой из них. Во-вторых, алгоритмы сжатия критически зависят от объемы выделяемой им памяти. А памяти в обрез. Нужен был механизм точного контроля выделяемой памяти. И здесь umm_malloc предоставляет такую возможность. А попутно мы протестируем и быстродействие самого алгоритма umm_malloc.

Алгоритмы сжатия

Алгоритм LZSS
Алгоритм zlib ^[11]
Алгоритм S-LZW. Найден где-то в интернете. Но был мной сильно отрефакторен.
Алгоритм FastLZ ^[12]

Все алгоритмы пришлось подстраивать для того чтобы они использовали как можно меньше ОЗУ.
Сколько памяти нужно этим алгоритмам, насколько они могут сжать данные и каково их быстродействие можно посмотреть в результатах тестов и в листинге вывода в терминал.

А вот результаты:
Сравнение компиляторов для разработки на микроконтроллерах с ядром ARM Cortex-M - 3

-У всех компиляторов была включена опция максимальной оптимизации. Точный состав опций можно посмотреть в прилагающемся проекте.
-Алгоритмы сжатия сжимали участок бинарного кода прошивки, полученной из проекта этого теста, скомпилированного в IAR.
-Время компиляции GCC измерено при компиляции из среды KDS.
-Помимо скорости работы алгоритмов также в таблицу вставлены строчки с дополнительными важными для разработчика метриками, это: время полной перекомпиляции проекта, размер бинарного файла при оптимизации по скорости и размер бинарного файла при оптимизации по размеру.

Вывод в терминал результатов теста скомпилированного в IAR

----------- Speed Test -------------


Reference time = 100001 us

----------- umm malloc test -------------
...........................................................
|0x1fff1b44|B     0|NB     1|PB     0|Z     1|NF     1|PF     0|USED
|0x1fff1b4c|B     1|NB  4223|PB     0|Z  4222|NF  4223|PF     0|FREE
|0x1fff9f3c|B  4223|NB     0|PB     1|Z     1|NF     0|PF     1|USED
...........................................................
Total Entries     1    Used Entries      0    Free Entries      1
Total Blocks   4223    Used Blocks       0    Free Blocks    4223
                       Used space =      0    Free space =  33784
...........................................................

umm malloc test   time  = 1447071 uS
Allocations =  40000, uSec per allocation = 36

----------- Compressor LZSS test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1858. Max. alloc.= 14384. Time = 6627 uS
Decompress                Max. alloc.= 1048. Time = 981 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor Zlib test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1740. Max. alloc.= 24288. Time = 12179 uS
Decompress                Max. alloc.= 15768. Time = 764 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor S-LZW test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 2035. Max. alloc.= 4320. Time = 2542 uS
Decompress                Max. alloc.= 4320. Time = 3816 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor FastLZ test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1834. Max. alloc.= 32776. Time = 1010 uS
Decompress                Max. alloc.= 0. Time = 152 uS
Decompress Ok!


----------- WHETSTONE FLOAT -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679254770278930664
  xx2  = -0.46633863449096679688
  xx3  = -0.73303699493408203125
  xx4  = -1.13254797458648681641
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834230571985244751
  e11  = -0.46263590455055236816
  e12  = -0.72971796989440917969
  e13  = -1.12397670745849609375
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533060804009437561
  e1_1 = -0.44743216037750244141
  e1_2 = -0.71096724271774291992
  e1_3 = -1.10309338569641113281
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49041154980659484863
  y1   = 0.49039667844772338867
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993747472763061523
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309338569641113281
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309338569641113281
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466047048568725586
........................................
Whetstone last    time (uS) = 10960.00
Whetstone max     time (uS) = 10961.00
Whetstone min     time (uS) = 10960.00


----------- WHETSTONE DOUBLE -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679268039452399826
  xx2  = -0.46633881454398036003
  xx3  = -0.73303694842681344599
  xx4  = -1.13254799829068817198
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834219862995164003
  e11  = -0.46263765626356890425
  e12  = -0.72971838784369053319
  e13  = -1.12397907004612833261
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533645259179445915
  e1_1 = -0.44743656275474680588
  e1_2 = -0.71097338928518248722
  e1_3 = -1.10309805692560095340
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040731615907084197
  y1   = 0.49039249795612543821
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993750062499996275
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309805692560095340
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309805692560095340
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466551951904967427
........................................
Whetstone last    time (uS) = 142583.00
Whetstone max     time (uS) = 142583.00
Whetstone min     time (uS) = 142582.00


----------- DHRYSTONE 2 -------------


Dhrystone Benchmark, Version 2.1 (Language: C)
Program compiled without 'register' attribute
Execution starts, 20000 runs through Dhrystone
                                              Execution ends
Final values of the variables used in the benchmark:
Int_Glob:            5
        should be:   5
Bool_Glob:           1
        should be:   1
Ch_1_Glob:           A
        should be:   A
Ch_2_Glob:           B
        should be:   B
Arr_1_Glob[8]:       7
        should be:   7
Arr_2_Glob[8][7]:    20010
        should be:   Number_Of_Runs + 10
Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          536867932
        should be:   (implementation-dependent)
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         2
        should be:   2
  Int_Comp:          17
        should be:   17
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Next_Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          536867932
        should be:   (implementation-dependent), same as above
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         1
        should be:   1
  Int_Comp:          18
        should be:   18
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Int_1_Loc:           5
        should be:   5
Int_2_Loc:           13
        should be:   13
Int_3_Loc:           7
        should be:   7
Enum_Loc:            1
        should be:   1
Str_1_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
Str_2_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
Time = 93000 us
Microseconds for one run through Dhrystone: 4.65
Dhrystones per Second:                      215053


----------- COREMARK -------------

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 29079282
Total time (secs): 29.079282
Iterations/Sec   : 343.887445
Iterations       : 10000
Compiler version : IAR 7.40.7
Compiler flags   :  -O3 -Otime
Memory location  : IRAM
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x988c
Correct operation validated. See readme.txt for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 343.887445 / IAR 7.40.7  -O3 -Otime / IRAM

END.

Вывод в терминал результатов теста скомпилированного в Keil

----------- Speed Test -------------


Reference time = 100001 us

----------- umm malloc test -------------
...........................................................
|0x1fff60f8|B     0|NB     1|PB     0|Z     1|NF     1|PF     0|USED
|0x1fff6100|B     1|NB  4223|PB     0|Z  4222|NF  4223|PF     0|FREE
|0x1fffe4f0|B  4223|NB     0|PB     1|Z     1|NF     0|PF     1|USED
...........................................................
Total Entries     1    Used Entries      0    Free Entries      1
Total Blocks   4223    Used Blocks       0    Free Blocks    4223
                       Used space =      0    Free space =  33784
...........................................................

umm malloc test   time  = 1507118 uS
Allocations =  40000, uSec per allocation = 37

----------- Compressor LZSS test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1858. Max. alloc.= 14384. Time = 7406 uS
Decompress                Max. alloc.= 1048. Time = 989 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor Zlib test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1740. Max. alloc.= 24288. Time = 11716 uS
Decompress                Max. alloc.= 15768. Time = 912 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor S-LZW test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 2035. Max. alloc.= 4320. Time = 2839 uS
Decompress                Max. alloc.= 4320. Time = 4194 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor FastLZ test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1834. Max. alloc.= 32776. Time = 1028 uS
Decompress                Max. alloc.= 0. Time = 160 uS
Decompress Ok!


----------- WHETSTONE FLOAT -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679254770278930700
  xx2  = -0.46633863449096680000
  xx3  = -0.73303699493408203000
  xx4  = -1.13254797458648680000
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834230571985244800
  e11  = -0.46263590455055237000
  e12  = -0.72971796989440918000
  e13  = -1.12397670745849610000
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533060804009437600
  e1_1 = -0.44743216037750244000
  e1_2 = -0.71096724271774292000
  e1_3 = -1.10309338569641110000
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040567874908447000
  y1   = 0.49039086699485779000
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993747472763062000
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309338569641110000
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309338569641110000
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466011285781860000
........................................
Whetstone last    time (uS) = 08925.00
Whetstone max     time (uS) = 08926.00
Whetstone min     time (uS) = 08925.00


----------- WHETSTONE DOUBLE -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679268039452399000
  xx2  = -0.46633881454398041000
  xx3  = -0.73303694842681344000
  xx4  = -1.13254799829068810000
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834219862995163900
  e11  = -0.46263765626356895000
  e12  = -0.72971838784369047000
  e13  = -1.12397907004612830000
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533645259179446200
  e1_1 = -0.44743656275474680000
  e1_2 = -0.71097338928518250000
  e1_3 = -1.10309805692560080000
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040731615903904000
  y1   = 0.49039249795609352000
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993750062499998000
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309805692560080000
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309805692560080000
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466551951905033000
........................................
Whetstone last    time (uS) = 166298.00
Whetstone max     time (uS) = 166298.00
Whetstone min     time (uS) = 166298.00


----------- DHRYSTONE 2 -------------


Dhrystone Benchmark, Version 2.1 (Language: C)
Program compiled without 'register' attribute
Execution starts, 20000 runs through Dhrystone
                                              Execution ends
Final values of the variables used in the benchmark:
Int_Glob:            5
        should be:   5
Bool_Glob:           1
        should be:   1
Ch_1_Glob:           A
        should be:   A
Ch_2_Glob:           B
        should be:   B
Arr_1_Glob[8]:       7
        should be:   7
Arr_2_Glob[8][7]:    20010
        should be:   Number_Of_Runs + 10
Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          536870816
        should be:   (implementation-dependent)
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         2
        should be:   2
  Int_Comp:          17
        should be:   17
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Next_Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          536870816
        should be:   (implementation-dependent), same as above
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         1
        should be:   1
  Int_Comp:          18
        should be:   18
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Int_1_Loc:           5
        should be:   5
Int_2_Loc:           13
        should be:   13
Int_3_Loc:           7
        should be:   7
Enum_Loc:            1
        should be:   1
Str_1_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
Str_2_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
Time = 91000 us
Microseconds for one run through Dhrystone: 4.55
Dhrystones per Second:                      219780


----------- COREMARK -------------

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 37386523
Total time (secs): 37.386523
Iterations/Sec   : 267.476064
Iterations       : 10000
Compiler version : armcc V5.06 (build 20)
Compiler flags   :  -O3 -Otime
Memory location  : IRAM
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x988c
Correct operation validated. See readme.txt for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 267.476064 / armcc V5.06 (build 20)  -O3 -Otime / IRAM

END.

Вывод в терминал результатов теста скомпилированного в GCC

----------- Speed Test -------------


Reference time = 100001 us

----------- umm malloc test -------------
...........................................................
|0x1fff5280|B     0|NB     1|PB     0|Z     1|NF     1|PF     0|USED
|0x1fff5288|B     1|NB  4223|PB     0|Z  4222|NF  4223|PF     0|FREE
|0x1fffd678|B  4223|NB     0|PB     1|Z     1|NF     0|PF     1|USED
...........................................................
Total Entries     1    Used Entries      0    Free Entries      1
Total Blocks   4223    Used Blocks       0    Free Blocks    4223
                       Used space =      0    Free space =  33784
...........................................................

umm malloc test   time  = 983944 uS
Allocations =  40000, uSec per allocation = 24

----------- Compressor LZSS test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1858. Max. alloc.= 14384. Time = 8504 uS
Decompress                Max. alloc.= 1048. Time = 673 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor Zlib test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1740. Max. alloc.= 24288. Time = 12384 uS
Decompress                Max. alloc.= 15768. Time = 1070 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor S-LZW test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 2035. Max. alloc.= 4320. Time = 2577 uS
Decompress                Max. alloc.= 4320. Time = 4189 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor FastLZ test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1834. Max. alloc.= 32776. Time = 1045 uS
Decompress                Max. alloc.= 0. Time = 234 uS
Decompress Ok!


----------- WHETSTONE FLOAT -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679254770278930664
  xx2  = -0.46633863449096679688
  xx3  = -0.73303699493408203125
  xx4  = -1.13254797458648681641
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834230571985244751
  e11  = -0.46263590455055236816
  e12  = -0.72971796989440917969
  e13  = -1.12397670745849609375
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533138290047645569
  e1_1 = -0.44743290543556213379
  e1_2 = -0.71096915006637573242
  e1_3 = -1.10309529304504394531
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040564894676208496
  y1   = 0.49039086699485778809
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993747472763061523
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309529304504394531
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309529304504394531
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466064929962158203
........................................
Whetstone last    time (uS) = 13629.00
Whetstone max     time (uS) = 13630.00
Whetstone min     time (uS) = 13629.00


----------- WHETSTONE DOUBLE -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679268039452398997
  xx2  = -0.46633881454398040667
  xx3  = -0.73303694842681343946
  xx4  = -1.13254799829068808492
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834219862995163930
  e11  = -0.46263765626356895266
  e12  = -0.72971838784369047470
  e13  = -1.12397907004612829240
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533645259179446191
  e1_1 = -0.44743656275474680273
  e1_2 = -0.71097338928518249990
  e1_3 = -1.10309805692560081170
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040731615904653573
  y1   = 0.49039249795610123650
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993750062499997533
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309805692560081170
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309805692560081170
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466551951905032514
........................................
Whetstone last    time (uS) = 219895.00
Whetstone max     time (uS) = 219895.00
Whetstone min     time (uS) = 219894.00


----------- DHRYSTONE 2 -------------


Dhrystone Benchmark, Version 2.1 (Language: C)
Program compiled without 'register' attribute
Execution starts, 20000 runs through Dhrystone
                                              Execution ends
Final values of the variables used in the benchmark:
Int_Glob:            5
        should be:   5
Bool_Glob:           1
        should be:   1
Ch_1_Glob:           A
        should be:   A
Ch_2_Glob:           B
        should be:   B
Arr_1_Glob[8]:       7
        should be:   7
Arr_2_Glob[8][7]:    20010
        should be:   Number_Of_Runs + 10
Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          536870792
        should be:   (implementation-dependent)
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         2
        should be:   2
  Int_Comp:          17
        should be:   17
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Next_Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          536870792
        should be:   (implementation-dependent), same as above
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         1
        should be:   1
  Int_Comp:          18
        should be:   18
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Int_1_Loc:           5
        should be:   5
Int_2_Loc:           13
        should be:   13
Int_3_Loc:           7
        should be:   7
Enum_Loc:            1
        should be:   1
Str_1_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
Str_2_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
Time = 74000 us
Microseconds for one run through Dhrystone: 3.70
Dhrystones per Second:                      270270


----------- COREMARK -------------

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 45291107
Total time (secs): 45.291107
Iterations/Sec   : 220.793897
Iterations       : 10000
Compiler version : GCC4.8.4 20140725 (release) [ARM/embedded-4_8-branch revision 213147]
Compiler flags   :  -O3 -Otime
Memory location  : IRAM
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x988c
Correct operation validated. See readme.txt for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 220.793897 / GCC4.8.4 20140725 (release) [ARM/embedded-4_8-branch revision 213147]  -O3 -Otime / IRAM

END.

Вывод в терминал результатов теста запущенного в Visual Studio 2015

----------- Speed Test -------------


Reference time = 100000 us

----------- umm malloc test -------------
...........................................................
|0x00ba5980|B     0|NB     1|PB     0|Z     1|NF     1|PF     0|USED
|0x00ba5988|B     1|NB  4223|PB     0|Z  4222|NF  4223|PF     0|FREE
|0x00badd78|B  4223|NB     0|PB     1|Z     1|NF     0|PF     1|USED
...........................................................
Total Entries     1    Used Entries      0    Free Entries      1
Total Blocks   4223    Used Blocks       0    Free Blocks    4223
                       Used space =      0    Free space =  33784
...........................................................

umm malloc test   time  = 13586 uS
Allocations =  40000, uSec per allocation = 0

----------- Compressor LZSS test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1858. Max. alloc.= 14384. Time = 146 uS
Decompress                Max. alloc.= 1048. Time = 10 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor Zlib test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1740. Max. alloc.= 24288. Time = 241 uS
Decompress                Max. alloc.= 15768. Time = 20 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor S-LZW test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 2035. Max. alloc.= 4320. Time = 47 uS
Decompress                Max. alloc.= 4320. Time = 31 uS
Decompress Ok!

----------- Compressor FastLZ test -------------
Uncompressed size = 2048
Compressed   size = 1834. Max. alloc.= 32776. Time = 13 uS
Decompress                Max. alloc.= 0. Time = 4 uS
Decompress Ok!


----------- WHETSTONE FLOAT -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679254770278930700
  xx2  = -0.46633863449096680000
  xx3  = -0.73303699493408203000
  xx4  = -1.13254797458648680000
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834230571985244800
  e11  = -0.46263590455055237000
  e12  = -0.72971796989440918000
  e13  = -1.12397670745849610000
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533060804009437600
  e1_1 = -0.44743216037750244000
  e1_2 = -0.71096724271774292000
  e1_3 = -1.10309338569641110000
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040612578392029000
  y1   = 0.49039128422737122000
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993747472763062000
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309338569641110000
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309338569641110000
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466225862503052000
........................................
Whetstone last    time (uS) = 00131.00
Whetstone max     time (uS) = 00168.00
Whetstone min     time (uS) = 00123.00


----------- WHETSTONE DOUBLE -------------

.........MODULE 1:  simple identifiers...
  xx1  = -0.06679268039452399000
  xx2  = -0.46633881454398041000
  xx3  = -0.73303694842681344000
  xx4  = -1.13254799829068810000
.........MODULE 2:  array elements.......
  e10  = -0.06834219862995163900
  e11  = -0.46263765626356895000
  e12  = -0.72971838784369047000
  e13  = -1.12397907004612830000
.........MODULE 3:  array as parameter...
  e1_0 = -0.05533645259179446200
  e1_1 = -0.44743656275474680000
  e1_2 = -0.71097338928518250000
  e1_3 = -1.10309805692560080000
.........MODULE 4:  conditional jumps....
  val  = 1
.........MODULE 6:  integer arithmetic...
  e1k  = 6.00000000000000000000
  e1l  = 6.00000000000000000000
.........MODULE 7:  trig. functions......
  x1   = 0.49040731615904543000
  y1   = 0.49039249795610007000
.........MODULE 8:  procedure calls......
  z    = 0.99993750062499998000
.........MODULE9:  array references......
  e1_j = -1.10309805692560080000
  e1_k = 3.00000000000000000000
  e1_l = -1.10309805692560080000
.........MODULE10:  integer arithmetic...
  j    = 2
  k    = 3
.........MODULE11:  standard functions...
  x    = 0.83466551951905787000
........................................
Whetstone last    time (uS) = 00152.00
Whetstone max     time (uS) = 00186.00
Whetstone min     time (uS) = 00142.00


----------- DHRYSTONE 2 -------------


Dhrystone Benchmark, Version 2.1 (Language: C)
Program compiled without 'register' attribute
Execution starts, 20000 runs through Dhrystone
Execution ends
Final values of the variables used in the benchmark:
Int_Glob:            5
        should be:   5
Bool_Glob:           1
        should be:   1
Ch_1_Glob:           A
        should be:   A
Ch_2_Glob:           B
        should be:   B
Arr_1_Glob[8]:       7
        should be:   7
Arr_2_Glob[8][7]:    20010
        should be:   Number_Of_Runs + 10
Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          3602560
        should be:   (implementation-dependent)
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         2
        should be:   2
  Int_Comp:          17
        should be:   17
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Next_Ptr_Glob->
  Ptr_Comp:          3602560
        should be:   (implementation-dependent), same as above
  Discr:             0
        should be:   0
  Enum_Comp:         1
        should be:   1
  Int_Comp:          18
        should be:   18
  Str_Comp:          DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, SOME STRING
Int_1_Loc:           5
        should be:   5
Int_2_Loc:           13
        should be:   13
Int_3_Loc:           7
        should be:   7
Enum_Loc:            1
        should be:   1
Str_1_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 1'ST STRING
Str_2_Loc:           DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
        should be:   DHRYSTONE PROGRAM, 2'ND STRING
Time = 551 us
Microseconds for one run through Dhrystone: 0.03
Dhrystones per Second:                      36297640


----------- COREMARK -------------

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 11012043
Total time (secs): 11.012043
Iterations/Sec   : 9080.967083
Iterations       : 100000
Compiler version : VS 2013
Compiler flags   :  -O3 -Otime
Memory location  : IRAM
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0xd340
Correct operation validated. See readme.txt for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 9080.967083 / VS 2015  -O3 -Otime / IRAM

END.

Как тут оказался Intel Core i7

Дело в том, что все алгоритмы сжатия и менеджер памяти отлаживались в среде Visual Studio и это процессор моего компьютера. В архиве есть директория SpeedTest_VS, где содержится проект для Visual Studio 2015 и в котором можно при желании продолжить совершенствование данных алгоритмов.

Вывод

IAR оказался безусловным лидером рейтинга. Самое удивительно что, сохраняя эффективность кода IAR ^[6] также лидер и по скорости компиляции. Неучтенная здесь ложка дёгтя в том, что IAR ^[6] поставляется с довольно мало функциональным редактором исходных текстов. Можно конечно запускать компиляцию инструментами IAR ^[6] прямо из среды KDS, поскольку KDS это тот же слегка модифицированный Eclipse версии Mylyn. Но время перекомпиляции тогда увеличивается до 2 мин! У Eclipse тоже есть недостаток, он медленно открывается, с некоторого размера исходников у него начинает тормозиться контекстный парсинг. В проекте данного теста есть директория SpeedTest_SE. Там содержится файл SpeedTest.vpw рабочего пространства проекта данного теста для редактора SlickEdit ^[13]. SlickEdit ^[13] прекрасный, очень быстрый редактор, а IAR IDE умеет автоматически отслеживать изменения файлов, поэтому не возникает проблем в их совместном использовании.

Полный архив проекта (97.7 MB) доступен по ссылке https://drive.google.com/file/d/0B5dbvc_yPqJHYWI0OE9YZklKRjQ/view?usp=sharing ^[14]

Автор: Indemsys

Источник ^[15]

Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/programmirovanie/107987

Ссылки в тексте:

[1] Начало разработки на микроконтроллерах Kinetis. Быстрый старт: http://geektimes.ru/post/263378/

[2] Микроконтроллеры семейства Kinetis от NXP-Freescale для встраиваемой электроники: http://habrahabr.ru/post/256611/

[3] Открытый проект универсального микроконтроллерного модуля: http://habrahabr.ru/post/262657/

[4] Умная плата для управления силовыми 3-х фазными нагрузками: http://geektimes.ru/post/260720/

[5] Keil: http://www2.keil.com/mdk5/

[6] IAR: https://www.iar.com/iar-embedded-workbench/arm/

[7] Проект Whetstone : https://ru.wikipedia.org/wiki/Whetstone

[8] Проект Dhrystone: https://ru.wikipedia.org/wiki/Dhrystone

[9] Проект CoreMark: http://www.eembc.org/coremark/index.php

[10] Github: https://github.com/rhempel/umm_malloc/blob/master/umm_malloc.c

[11] Алгоритм zlib: https://ru.wikipedia.org/wiki/Zlib

[12] Алгоритм FastLZ: https://code.google.com/p/fastlz/

[13] SlickEdit: http://www.slickedit.com/

[14] https://drive.google.com/file/d/0B5dbvc_yPqJHYWI0OE9YZklKRjQ/view?usp=sharing : https://drive.google.com/file/d/0B5dbvc_yPqJHYWI0OE9YZklKRjQ/view?usp=sharing

[15] Источник: http://geektimes.ru/post/264558/

Нажмите здесь для печати.