原创 Cortex A9/A8/Arm11/Arm9 性能测试PK

单核的Cortex-A9在性能上比已经推出的Cortex-A8处理器更高，并且 A9系列可以提供两个乃至四个内核片上SMP产品，能提供总共超过8,000Dhrystone Mips(DMIPS)的峰值处理性能，这一性能大约是典型arm11处理器(如iphone)的10-15倍，遑论更早的arm9系列。同时Cortex-a8是可综合的，芯片制造商采用速度优化工艺时的时钟频率能够超过1GHz，也可采用低功耗工艺大幅降低耗电。如果要进一步的省电，还可以采用动态减慢时钟或关闭部分内核的方法。
对称多处理（SMP）早已在大型机、服务器以及PC机上使用多年，这种平行技术的确能够有效的提高计算机的性能。如今的半导体技术允许在一个硅片上集成多个处理器核心，这些核心能够执行同样的指令集，拥有同等的存储器配置，IO访问能力和中断，这就是片上SMP。在这种硬件上运行的高级操作系统能够调度使用任意的核心来运行软件线程或执行中断。这一切过去只能够在“大”的计算机上实现，但在不远的将来，你我的手机上也能够拥有这种高级功能。实现片上SMP对于手持设备来说，可以实现目前用单核方案，如arm11不可能实现的应用。因为SMP可以实现非常好的性能和功耗伸缩性，在保持功耗足够低的前提下，能够将性能扩展到非常高的水平，应对现在和未来丰富的应用，如HD VIDEO播放、如PC般毫不缩水的浏览Internet等。如果使用单核方案，就不得不实现极高的速度——采用2GHz甚至更高主频的掌上处理器，那将导致无法接受的发热和耗电。
现在的移动应用越来越复杂，丰富程度直逼桌面应用，多进程、多线程等技术也早已在手持设备上采用，桌面计算机已经普及的多核心技术更是为SMP进入掌上设备指明了前进的方向。ARM处理器中的Cortex-a9是专门为此类应用设计的。Cortex-a9和前一代Cortex-a8一样是超标量设计，能够单周期执行2条指令，比ARM11处理器同频性能提高约一倍。Cortex-a9处理器更改进了流水线，除了增加多处理指令还加入了乱序执行等功能。除了拥有Cortex-a8的特性之外，每核心平均同频性能比Cortex-a8提高了20%。
实现SMP的第一个消费类嵌入式器是TI OMAP4系列，包括OMAP4430和OMAP4440。除了采用Cortex-a9 MP为处理器核心之外，还提供了哪些高级功能呢？让我们来细数一下：

• 45nm芯片工艺，提供高性能的同时只消耗极少的能源 专门为移动嵌入式平台设计，在单一芯片上集成了应用处理器（Cortex-a9担任），多媒体处理IVA3，3D图形加速器PVR SGX540以及其他的各种移动接口 可以支持full HD 1080p尺寸、各种编解码算法，进行实时编码和解码的硬件多媒体加速器IVA3。它的核心当然是专门硬件加上集成的C64x共同协作的结果，同时拥有硬件加速的高效性和

DSP的灵活性，实际上等于把DAVINCI平台塞入到你的手机里面 集成高速图形信号处理器，用于处理像素格式变换等。可以支持2千万像素的照相和摄像功能，令OMAP4拥有千万像素数码相机和高清数码DV的功能。 集成PowerVR SGX540三维硬件加速器（3D加速显卡），轻松支持3D桌面，游戏以及其他3D应用 支持HDMI高清视频输出，支持WUXGA显示，同时支持传统的模拟视频
容易与Wifi，Bluetooth，USB HS/OTG，GPS，3G/4G通讯等各种数据接口连接 配合TWL60x0芯片，实现高级的电源管理，充分节省电池电力
嵌入式处理器层出不穷，系列和种类繁多。经常在嵌入式产业界见到的处理器，仅指令集家族就有x86，arm，powerpc，mips，sh等。每种指令集往往又有很多系列，下面还有不同版本，甚至同一版本有不同芯片厂家实现产品。这还不够，再加上不同的主频、总线结构、存储器cache配置，即使在行业里打拼多年的专业人士也难免眼花缭乱。
所以，经常有人会问：200Mhz的arm9比起嵌入式工控机上的赛扬有多大的性能差距？四千多买的500MHz的智能手机究竟比笔记本电脑慢多少？
在短时间内全面解释这类问题，介绍清楚各种嵌入式处理器的来龙去脉是不可能的。笔者前日对手里的几个嵌入式处理器进行了性能评测，获得了一些有趣儿的结果，能够一定程度上说明问题，于是撰文跟大家分享。
涉及的对象包括arm家族常用的系列嵌入式处理器，从初学者都知道的S3C2410到基于arm1136jf-s的OMAP2420，还有新一代产品新宠OMAP3/Cortex-a8。软件运行的操作系统为linux-2.6.24以及之后版本和gcc-4编译器。最终的测试结果说明了目前嵌入式处理器的性能现状，可供感兴趣的读者参考，最后还提供了笔者使用的测试代码下载。笔者也非常希望爱好者在自己的嵌入式平台上测试，并将结果发帖交流。
本文的内容主要基于笔者亲自测试的结果，也有部分结果来自于他人的测试，绝大多数的测试对于稍有嵌入式Linux经验的人都可以很容易的重复。测试项目包括 nbench 整数性能，nbench内存带宽，nbench双精度浮点性能，单精度浮点FIR性能，SIMD向量单精度浮点FIR性能。
测试软件简介nbenchnbench是一个简单的用于测试处理器，存储器性能的基准测试程序。即著名的BYTE Magazine杂志的BYTEmark benchmark program。nbench在系统中运行并将结果和一台运行Linux的AMD K6-233电脑比较，得到的比值作为性能指数。由于是完全开源的，爱好者可以在各种平台和操作系统上运行nbench，并进行优化和测试，是一个简单有效的性能测试工具。nbench的结果主要分为MEM、INT和FP，其中MEM指数主要体现处理器总线、CACHE和存储器性能，INT当然是整数处理性能，FP则体现双精度浮点性能（大多数嵌入式处理器都没有强大的双精度浮点能力）。
fp_firfp_fir是笔者编写的单精度浮点FIR性能测试程序，简单并直观的评价系统的单精度浮点数乘加性能（玩过DSP就知道，浮点乘加是TigerSHARC的拿手好戏）。fp_fir的一个亮点是可以很容易的SIMD向量化，即利用SSE3/Altivec/Neon等SIMD指令集加速执行。这个测试的结果也是最有戏剧性的。
1.nbench测试MEM部分此测试包括字符排序、数据赋值和位操作。这个测试中，高主频、高速的片内CACHE和快速的外存储器非常重要。采用新架构的Cortex-a8和强劲的桌面x86占有很大优势，其中很大一部分是源于片上的二级CACHE结构