Linux 嵌入式 (ARM) 中的低内存吞吐量

Posted 2023-02-22

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【中文标题】Linux 嵌入式 (ARM) 中的低内存吞吐量【英文标题】：Low Memory throughput in Linux-Embedded ( ARM ) 【发布时间】：2009-09-09 14:42:04 【问题描述】：

我正在使用 ARM926EJS。在没有 Linux 的情况下，我在内存复制测试中的内存速度提高了 20%（就像入门可执行文件一样）。但在 linux 中，同样的代码运行速度要慢 20%。

代码是

/// 下面的代码只是执行突发模式的内存复制测试。 void asmcpy(void *a, void *b, int iSize) 做 asm易失性（ "ldmia %0!, r3-r10 \n\t" "stmia %0!, r3-r10 \n\t" :"+r"(a), "+r"(b) ： :"r"(r3),"r"(r4),"r"(r5),"r"(r6),"r"(r7),"r"(r8),"r"(r9), “r”（r10） ); 而（大小--）

我确认没有其他进程在 linux 上占用 CPU 时间。（我使用 time 命令检查了这一点，它显示 real time 与 usr time 相同)

请告诉我linux有什么问题？

感谢和问候。

添加：

我的测试代码是

主函数（） int a[320 * 120]，b[320 * 120]； for(int i=0; i != 10000; i++) /// 大小除以 8 因为我们的 memcpy 函数在迭代中执行了 8 个整数加载存储 asmcpy(a, b, (320 * 120) / 8);

Getting Started 可执行文件是一个 bin 文件，它使用串行端口发送到 RAM，并通过跳转到 RAM 中的该地址直接执行。（无需操作系统）

添加。

我没有在其他处理器上看到这样的性能差异。他们使用的是 SD RAM，这个处理器使用的是 DDR Ram。会是原因吗？

已添加。入门代码中未启用数据缓存，并且在 Linux 模式下启用了数据缓存，因此理想情况下，所有数据都应被缓存并在没有任何 RAM 延迟的情况下访问，但 Linux 仍然慢 20%。

添加：我的微控制器是 LPC3250。两项测试均在相同的外部 DDR RAM 上进行了测试。

【问题讨论】：

您能在两种不同的设置上发布您的测试代码和场景吗？还有什么是入门可执行文件？总的来说，只是稍微详细一点，可能有很多不同的原因这里的性能比较几乎是苹果与橘子的比较，因为您运行的是一个完整的操作系统，该操作系统具有计时器滴答声、内存管理等，所有这些都计划运行，而没有操作系统只是运行直接指令。我认为这几乎可以解释您的性能差异。就像哈维尔说的那样，即使内核上没有其他用户进程，它自己仍然可以做很多事情。我有一个类似的硬件（ARM926EJS + DDR），我观察到完全相反：没有操作系统，内存操作太慢了，直到缓存被激活（即在操作系统中）像我一样使用突发模式 RAM 访问，使用 LDMIA 和 STMIA 来提高速度。 【参考方案1】：

这个芯片有一个 MMU，所以 Linux 很可能用它来管理内存。也许只是启用它会带来一些性能损失。此外，Linux 使用惰性内存分配策略，仅在第一次访问进程时才将内存页分配给它。如果您要复制一大块内存，MMU 将生成页面错误以要求内核在循环内分配页面。在低端处理器上，所有这些上下文切换都会导致缓存刷新并显着降低速度。

如果您的系统足够小，请尝试无 MMU 版本的 Linux（如 uClinux）。也许它会让你使用性能相似的更便宜的芯片。在嵌入式系统上，每一分钱都很重要。

更新：一些额外的细节：

每个 Linux 进程都有自己的内存映射，起初这仅包括内核和（也许）可执行代码。所有其余的线性 4GB（32 位）似乎都可用，但没有分配给它们的 RAM 页面。一旦您读取或写入未分配的内存地址，MMU 就会发出页面错误信号并切换到内核。内核发现它仍然有很多空闲的 RAM 页面，因此选择一个，将其分配给故障点并返回到您的代码，从而完成中断的指令。下一个不会失败，因为已经分配了整个页面（通常为 4KB）；但是几次迭代之后，它会碰到另一个未分配的空间，MMU 会再次调用内核。

【讨论】：

嗨哈维尔，我只在内存之间进行内存复制。那么页面错误是如何发生的呢？我正在使用堆栈上分配的 153KB 内存进行 memcopy。我正在循环运行它 10,000 次。所有 RAM 都是内存管理的，因此随时可能发生故障。查看更新。嗯... 300KB 只是几页，在第一页之后，所有的空间都应该被映射，所以你不应该再出错了。如上所述，一些简单的 MMU 在处理管道上引入了另一个步骤，并且可能仅仅因为它们处于活动状态而影响性能，即使不再产生故障。另一个问题，即使你说'没有其他进程正在占用 CPU 时间'，你总是有计时器滴答声和少数内核线程。检查 /proc//stat 了解时间的去向【参考方案2】：

你是如何进行计时的？您的示例中没有计时代码。

您确定您没有测量进程加载/卸载时间吗？

两种情况下的处理器时钟速度是否相同？

如果使用外部 SDRAM，两种情况下的 RAM 时序是否相同？

两种情况下都启用数据缓存吗？

克利福德

【讨论】：

“时间”系统命令是否返回正确的数字？它可能配置错误。当你得到这样奇怪的结果时，一个不错的选择是让程序根据它的计时器每隔一分钟打印出几件事，然后用物理时钟（或秒表）给它们计时。数据缓存在获取状态模式下被禁用。将使用秒表并让您知道，谢谢。【参考方案3】：

入门不仅仅是“一个可执行文件”。必须有一些代码来设置 DDR 控制器寄存器。

如果缓存也被启用，那么 MMU 也必须如此。我认为在 ARM926EJS 上，没有 MMU 就没有数据缓存。

我相信每次上下文切换都会导致缓存刷新，因为缓存是虚拟索引的，虚拟标记的，并且内核和用户空间不共享相同的地址空间，所以你可能有更多不需要的缓存刷新比没有操作系统。

这是一个paper，其中涉及到运行 Linux 时 VIVT 缓存刷新的成本