嵌入式软件性能测试,嵌入式实时操作系统性能测试方法研究

嵌⼊式软件性能测试，嵌⼊式实时操作系统性能测试⽅法研究4 系统实时性能测试实验平台

为了对RTOS的实时性能进⾏测试，我们设计并实现了⼀套测试实验平台。实验平台由两块开发板(被测系统)构成，便于对不同的ERTOS进⾏对⽐。由于实验平台的主要设计⽬标是对相同硬件架构下的不同操作系统及操作系统的不同层次进⾏⽐较，所以两块开发板均采⽤了研华的PCM 7230。其主要硬件特性如下：

凤凰语文网CPU：Intel Xscale PXA255 400MHz

SDRAM：64 MB

LCD：10.4”

I／O接⼝：CompactFlash、PCMCIA、RS232、RS485、

USB、Ethernet等。

实验平台的整体结构如图3所⽰。

ne公司4.1 实验平台功能

(1)实时性能测试

由于⼤多数ERTOS的内核是不可更改的，所以对其实时性能的测试主要在⽤户层实现。开发者可以将现有的⽤于测量Rhealstone性能指标和PDLT延迟时间的benchmark程序⽅便地移植到PCM 7230开发板与不同RTOS组合的平台上，也可以根据应⽤需要⾃⼰编写测试程序，对感兴趣的延迟时间进⾏测量。

除此之外，PCM7230开发板从CPU引脚上引出了⼀个120针的扩展接⼝AMI-120(ARM Module Interface)。将这120针引脚引出⾄实验平台上的两个测试端⼝1和2，可以通过⽰波器或逻辑分析仪对引脚上的信号进⾏分析；配合benchmark测试，可以得出更加精确和可信的测试结果。另外，对引脚中的部分控制信号通过CPLD单独引出⾄⼀个测试端⼝3，便于对不同的系统进⾏对⽐测试。

(2)负荷发⽣

由三维表⽰法得知，ERTOS的实时性能可以⽤三个特性来表⽰。相应地，实验平台可以产⽣三种类型的负荷；计算负荷(CPU负荷)、I／O 负荷以及中断负荷。

计算负荷由I/hrystone或Whetstone改编的进程实现，每秒钟消耗⼀定的MIPS数。

I／0负荷由系统时钟控制，通过PCM 7230开发板上丰富的I／O接⼝产⽣流量。另外，通过配置不同的I／O接⼝，还可以测试不同存储介质对ERTOS性能的影响。

中断负荷的产⽣可以⽤CPLD进⾏控制．通过DIP开关设置中断发⽣的频率，在CPLD中实现⼀个分频器⽤于产⽣中断信号，并将中断信号通过AMI-120接⼝中的GPIO引脚传送给CPU。

在进⾏ERTOS实时性能的测试时，这三类负荷可以模拟应⽤的真实环境。另外，通过指定三种负荷的变化，可以获得它们在三维图中的⼀系列坐标点，由此也可以绘制ERTOS的三维表⽰曲⾯。

此外，由于CPLD为可编程器件，⽅便对其再编程以重新定义与其相连的各种器件的功能，使得测试平台有很⼤的灵活性和扩展性。

沅陵县志4.2 计时⽅法

环评价ERTOS实时性能的具体指标多数是⽤延迟时间来表⽰的，⽐如Rhealstone⽅法中的前五个指标和PDLT⽅法。可以将这些对时间的测量过程简化为图4所⽰的流程。

新奇小家电图4中对t1、t2的计时可以⽤以下三种⽅法实现。

(1)系统调⽤

ERTOS⼀般有⽤于计时的系统调⽤，例如RTLlnux的系统调⽤gettimeofday()，其精度可以达到μs级，可以满⾜多数延迟时间的计时。但是，由于系统调⽤时有⼀个压栈、出栈的过程，以及从⽤户空间到系统空间的转换，这个过程对计时会产⽣⼀定的影响。

(2)OS时钟寄存器

PXA 255处理器内包含⼀个32位的OS时钟寄存器，由⼀个3.6864 MHz的晶振驱动。可以在计时开始和结束时分别读取该寄存器的值，换算出对应的延迟时间。

(3)GPIO引脚

AMI-120接⼝上有许多GPIO引脚，可以考虑在计时往⼀个空闲的GPIO引脚上写⼀个特定的信号，利⽤CPLD中实现的计数器对两个信号间的时间间隔进⾏计数。驱动CPLD的时钟是可以更换的，其最⼤允许频率为200 MHz。这样，考虑到CPLD的引脚间延迟，⽤这种⽅法计时的精度可以达到数+ns。

5 ERTOS对⽐测试

操作系统是数字系统中进⾏资源管理的软件。狭义的操作系统只包括进⾏进程管理、内存管理、中断管理等基本功能的内核部分；⽽⼴义上讲，操作系统除了内核外，还包括GUI、API、⼤量的驱动程序，甚⾄⼀些应⽤程序也可以认为是操作系统的⼀部分。现代操作系统在其内部提供了丰富的功能模

块，⽽嵌⼊式操作系统的⼀个显著的特点就是，可以根据需要对这些功能模块进⾏裁剪。典型的ERTOS层次结构如图5所⽰。

操作系统提供的功能模块⼀⽅⾯扩展了系统的功能，⽅便了⽤户的使⽤；另⼀⽅⾯，⼜在⼀定程度上会影响系统的性能。ERTOS在对系统的功能进⾏选择和剪裁时，就需要在功能和性能之间选择⼀个折中点，使得系统能够提供尽可能多的功能，同时⼜能满⾜其实时性的需要。这就要求在进⾏系统的设计、选择或者裁剪时，对操作系统增减或替换不同模块时的性能进⾏对⽐分析。

独裁国家利⽤上⽂中的测试实验平台，可以在两块开发板上分别配置有／⽆某个功能模块的系统，将测试⽅法分别应⽤于两个系统上。由于被测的系统采⽤的是相同的硬件架构，消除了硬件对系统性能的影响。对得到的测量结果进⾏对⽐分析，就可以⽐较精确和客观地得出该功能模块对整个系统性能影响的⼤⼩。

同样，该实验平台也可以⽤于测试分析不同ERTOS系统的性能。

6 总结

本⽂对三种ERTOS性能测试⽅法进⾏了研究，对⼀些指标和特性进⾏了分析。⽂章的后半部分给出了⼀个测试实验平台的结构及其功能说明，并针对实验平台给出了系统计时的三种⽅法。⽂中提供的测试⽅法和⼿段对ERTOS的选择和开发有⼀定的参考价值。

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