基準(zhǔn)程序評測方法是微處理器性能評價的重要尺度。本文在介紹基準(zhǔn)測試程序的基礎(chǔ)上，重點對CPU基準(zhǔn)測試、嵌入式處理器和媒體處理器基準(zhǔn)程序測試進行了分析，并給出了Tensilica微處理器與其它幾款當(dāng)今重要的微處理器的EEMBC和BDTI評測結(jié)果。

嵌入式和媒體基準(zhǔn)測試程序包括EDN嵌入式微處理器測試程序組EEMBC(嵌入式微處理器基準(zhǔn)測試協(xié)會)、BDTI基準(zhǔn)測試程序組、MediaBench測試程序組以及MiBench基準(zhǔn)測試程序組。其中，EEMBC、BDTI已經(jīng)稱為嵌入式處理器和媒體處理器評測事實上的標(biāo)準(zhǔn)。

EEMBC主要是開發(fā)和驗證現(xiàn)實世界的基準(zhǔn)測試和基準(zhǔn)測試得分，幫助設(shè)計師選擇與系統(tǒng)適用的嵌入式處理器。提交EEMBC進行基準(zhǔn)測試的所有處理器都需要進行代表不同載荷和性能參數(shù)的多項測試，如通信、網(wǎng)絡(luò)、消費、辦公自動化、汽車/工業(yè)、嵌入式Java和微控制器相關(guān)的應(yīng)用。EEMBC的成員包括的半導(dǎo)體、IP供應(yīng)商和編譯器公司，EEMBC建立了基準(zhǔn)測試標(biāo)準(zhǔn)，并通過EEMBC驗證實驗室(ECL)提供通過了驗證的基準(zhǔn)測試結(jié)果。

BDTI基準(zhǔn)測試程序組由BDTI(Berkeley Design Technology)公司開發(fā)，該公司從1991年開始致力于數(shù)字信號處理器的評測工作。BDTI提供業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的BDTI基準(zhǔn)測試程序，用于測試DSP處理器。BDTI還開發(fā)了用戶定制的基準(zhǔn)測試程序，專門用于某些應(yīng)用領(lǐng)域的測試。BDTI測試程序包括FIR濾波器、IIR濾波器、FFT、向量點積和Viterbi譯碼。

MediaBench基準(zhǔn)測試程序主要來自圖像處理、通信和DSP應(yīng)用領(lǐng)域。例如JPEG、MPEG、 GSM、G.721話音壓縮、Ghostscript和ADPCM。JPEG主要是圖像壓縮，MPEG用于視頻傳輸中的編解碼。Ghostscript是Postscript語言解釋器，ADPCM用于自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)整。

MiBench是一個自由的嵌入式基準(zhǔn)測試程序組，同EEMBC類似。由于EEMBC不對專用研究人員自由開發(fā)，故密執(zhí)安的研究人員對35個嵌入式程序進行編譯，形成了MiBench基準(zhǔn)測試程序組。以EEMBC為模型，MiBench分成6類：汽車電子、消費類電子、網(wǎng)絡(luò)、辦公自動化、信息安全和電信。所有程序均采用C語言寫成。MiBench可以和任何嵌入式平臺接口，因為所有測試均是源碼開放的。

EEMBC基準(zhǔn)程序測試方法

EEMBC(EDN嵌入式微處理器基準(zhǔn)組)基準(zhǔn)測試程序組主要對嵌入式微處理器進行性能評測。EEMBC評測程序包括一系列能夠反映實際的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。這些基準(zhǔn)程序主要針對汽車電子、工業(yè)控制、消費電子、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、辦公自動化以及電信等領(lǐng)域。尤其重要的是，EEMBC對機器控制、數(shù)碼相機、打印機、無線蜂窩電話、調(diào)制解調(diào)器等與嵌入式微處理器相關(guān)的應(yīng)用非常適合。

EEMBC論壇從上述應(yīng)用中得到了37個獨立的算法，從而構(gòu)成了EEMBC的個版本。事實上，EEMBC業(yè)已稱為嵌入式處理器評測的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。

BDTI 基準(zhǔn)程序測試方法
微處理器用戶對數(shù)字信號處理器進行選擇時需要一種方法和依據(jù)，這種方法必須簡單、易用，并且能夠全面反映處理器的實際應(yīng)用。處理器提供商經(jīng)常采用MIPS和MFLOPS(每秒百萬次浮點運算)作為處理器速度的評價尺度。然而，這種評價方法對處理器體系結(jié)構(gòu)和指令集的多樣性并不能很好地進行評估。因此，采用這種方法是毫無意義的。事實上，由于處理器指令集的多樣性使得這種傳統(tǒng)方法不能反映處理器的實際應(yīng)用。例如，TMS320C6202時鐘頻率為300MHZ，每個時鐘周期發(fā)射8條指令。Freescale的DSP56852時鐘頻率為120MHZ。因此，如果按照傳統(tǒng)的MIPS測量尺度地話，TMS320C6202的數(shù)據(jù)處理能力為2400MIPS，而DSP56852應(yīng)為120MIPS。即前者是后者的20倍。然而，如果執(zhí)行BDTI的基準(zhǔn)測試程序(FIR濾波器)就會發(fā)現(xiàn)，前者僅僅比后者快6倍。因此，采用傳統(tǒng)的MIPS評價尺度與處理器的實際情況是不吻合的。

為了滿足這種評估需求，BDTI公司在1997年引入了BDTI測試基準(zhǔn)程序組。該程序組來自于BDTI開發(fā)的許多信號處理器算法基準(zhǔn)測試程序。1999年，BDTI對原來的BDTI程序組進行了更新以便能更好地反映當(dāng)今信號處理器地應(yīng)用情況，于是建立了BDTI2000基準(zhǔn)程序組。

 
BDTI2000基準(zhǔn)程序組對數(shù)字信號處理器速度進行全面評估。BDTI2000基準(zhǔn)程序組的初版本是由BDTI公司在1997年引入的，其后續(xù)版本很好地反映當(dāng)今的信號處理器應(yīng)用。BDTI2000基準(zhǔn)程序組分值基于信號處理器應(yīng)用的結(jié)果，并在目標(biāo)處理器上進行了優(yōu)化。

 
我們首先探討建立BDTI2000基準(zhǔn)程序組的目標(biāo)和評價方法學(xué)，然后對BDTI2000基準(zhǔn)程序組進行分類。事實上，為了保證評價尺度的有用性和實效性，信號處理器評測必須滿足如下目標(biāo)：
適度性: 評價尺度必須反映處理器執(zhí)行信號處理算法頻度的性能；
公正性和性：評價尺度必須來源于基準(zhǔn)程序的實際計算結(jié)果，且對任何處理器都是一樣的。
簡單性：評價尺度必須方便地進行比較，用一個數(shù)值來表示評測結(jié)果；
廣泛性：評價尺度必須廣泛，適合任何一類可編程處理器；
獨立性：評測分值必須經(jīng)過獨立地第三方驗證以確保能夠真實反映處理器地性能；
有效性：評測分值是有效的，且是公開的。

 
Tensilica高性能可配置處理器技術(shù)
Tensilica成立于1997年7月，專門為日益增長的大規(guī)模嵌入式應(yīng)用需求提供優(yōu)化的特定應(yīng)用的微處理器解決方案。Tensilica擁有Xtensa和LX的可配置和可擴展的微處理器內(nèi)核，是一家能夠生成定制微處理器內(nèi)核的廠商，全部開發(fā)過程均可自動化完成。

 
Tensilica的Xtensa LX處理器架構(gòu)具有兩個顯著優(yōu)勢。首先，Tensilica充分使用自定義的FLIX(長度靈活的指令擴展)指令，它包括七種不同的64位指令字格式以及8個并行操作指令槽。FLIX提供VLIW風(fēng)格的并行執(zhí)行功能，但卻沒有VLIW處理器通常導(dǎo)致的代碼膨脹現(xiàn)象。實際上，與缺省配置(out-of-box)的Xtensa LX 處理器核相比，優(yōu)化的Xtensa LX處理器核能夠取4倍到5倍的性能提升，而代碼量則降低了2%。其次，Tensilica利用TIE (Tensilica指令擴展)隊列來加速IP包的校驗功能。通過TIE隊列，SoC設(shè)計者可以不使用標(biāo)準(zhǔn)處理器總線，而直接將數(shù)據(jù)輸入到一個Xtensa LX處理器的執(zhí)行單元，同樣，在一個SoC設(shè)計里有一個專門的硬件加速模塊。傳統(tǒng)處理器的數(shù)據(jù)傳輸能力局限于每個時鐘周期32或64位數(shù)據(jù)讀寫，但帶有TIE隊列的Xtensa處理器可以在每個隊列端口上維持一定的傳送數(shù)據(jù)率，用戶可定義的數(shù)據(jù)傳輸帶寬為1024位。通過這種方式，Xtensa LX處理器成為的一款可以讓設(shè)計者避免傳統(tǒng)處理器總線瓶頸的處理器。而且Tensilica為用戶定義的TIE隊列提供C編譯器和指令集仿真器的支持。
Xtensa LX處理器核中的定制指令集每個時鐘周期可以執(zhí)行多個操作，可以將兩個輸入隊列的數(shù)據(jù)與本地數(shù)據(jù)相結(jié)合，然后將計算結(jié)果輸送到兩個輸出隊列。嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的IP包操作是TIE隊列的典型應(yīng)用。在一個SoC設(shè)計中，一個網(wǎng)絡(luò)工程師為獲得包處理的高吞吐量，通常設(shè)計定制的包頭校驗硬件。如果使用傳統(tǒng)的處理器，首先要讀全部的數(shù)據(jù)包，然后執(zhí)行包頭校驗和校驗位計算。因此傳統(tǒng)技術(shù)通常需要設(shè)計定制的加速器。通過使用Xtensa LX處理器，定制的包處理硬件和包緩存隊列出口和入口能夠被集成到處理器中。因此，Xtensa LX在基準(zhǔn)測試中的IP包校驗部分可以獲得33倍的性能提升。利用Tensilica的TIE技術(shù)，在幾小時內(nèi)即可以完成處理器設(shè)計。而傳統(tǒng)的RTL方法則需要幾周的RTL設(shè)計和幾個月的驗證。

 
Xtensa V和LX的EEMBC評測結(jié)果
1. Xtensa V的EEMBC評測結(jié)果
Tensilica的Xtensa V缺省配置情況下的EEMBC測試結(jié)果如圖1所示，整個評測包括四個EEMBC基準(zhǔn)測試程序組，即EEMBC 消費類電子基準(zhǔn)程序組Consumermarks、電信基準(zhǔn)測試程序組Telemarks、網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)測試程序組Netmarks和辦公自動化測試程序組Oamarks。

 
下面對每一組基準(zhǔn)測試程序分別進行評價。
EEMBC 消費類電子基準(zhǔn)程序組Consumermarks: 視頻處理是消費類電子基準(zhǔn)程序組的主要，例如數(shù)碼相機、數(shù)字電視和游戲機。視頻處理包括顏色空間轉(zhuǎn)換、2D濾波和圖像壓縮。
EEMBC 電信基準(zhǔn)測試程序組Telemarks：電信領(lǐng)域應(yīng)用是非常重要的一類，其數(shù)據(jù)通常為16位定點數(shù)據(jù)，形成壓縮數(shù)據(jù)流或者冗余編碼信道數(shù)據(jù)流進行傳輸。在過去的幾年中，DSP能夠很好地處理濾波、誤差校正和傳輸算法方面地應(yīng)用。電信基準(zhǔn)測試程序組Telemarks主要涵蓋上述應(yīng)用。
EEMBC網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)測試程序組Netmarks：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與消費類電子和電信應(yīng)用有很大不同，它們的算術(shù)運算較少、數(shù)據(jù)并行性程度低，但需要頻繁的控制流判決。EEMBC網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)測試程序組Netmarks包括路由和分組數(shù)據(jù)處理。
EEMBC辦公自動化測試程序組OAmarks：OA程序組的應(yīng)用是打印機領(lǐng)域，包括灰度尺度抖動、位級圖像旋轉(zhuǎn)和文本處理。

 
2. Xtensa LX的EEMBC評測結(jié)果
Tensilica的Xtensa LX處理器在EEMBC辦公自動化基準(zhǔn)測試Oamark中獲得了分?jǐn)?shù)，其分值大約是同類處理器的四倍。
Tensilica Xtensa LX處理器在EEMBC網(wǎng)絡(luò)2.0基準(zhǔn)測試中也同樣優(yōu)于其它高性能微處理器。網(wǎng)絡(luò)2.0基準(zhǔn)測試程序組包括TCPmark和IPmark，前者表示在因特網(wǎng)有效時客戶端設(shè)備的處理器性能；而后者則代表網(wǎng)絡(luò)路由器、網(wǎng)關(guān)和交換機的處理器性能。對基于仿真的EEMBC網(wǎng)絡(luò)2.0基準(zhǔn)測試結(jié)果進行歸一化處理，事實表明，經(jīng)過優(yōu)化的Xtensa LX處理器內(nèi)核性能更高，而且代碼密度和功耗方面表現(xiàn)出了更高的優(yōu)越性。
EEMBC對Xtensa LX處理器內(nèi)核其它方面的評測結(jié)果如下：
芯片面積和功耗：在標(biāo)準(zhǔn)的130納米工藝技術(shù)下，使用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)單元實現(xiàn)技術(shù)，Xtensa LX處理器內(nèi)核面積僅為1.2平方毫米(存儲器面積除外)。當(dāng)工作于工作頻率304兆赫茲時消耗的功率大約為115毫瓦。
代碼密度：Xtensa LX針對EEMBC網(wǎng)絡(luò)2.0版本基準(zhǔn)測試的代碼大小經(jīng)過ECL為65,208字節(jié)。
通信能力：通過使用Xtensa LX處理器內(nèi)核獨特的隊列功能，設(shè)計者能夠完全不通過總線即可以完成數(shù)據(jù)傳輸，從而增加了數(shù)據(jù)吞吐量。

 
3. Xtensa LX的BDTI測試結(jié)果
BDTIsimMark2000和BDTIMark2000是截然不同的兩種基準(zhǔn)測試程序組。BDTIMark2000基準(zhǔn)程序組僅僅用于處理器經(jīng)過硬件驗證后的性能測試；而BDTIsimMark2000程序組則只對仿真結(jié)果進行性能測試。BDTIsimMark2000和BDTIMark2000用于測試處理器的信號處理器速度，從這種意義上講，它比MIPS或者MFLOPS那種簡單的評價尺度要準(zhǔn)確得多。

 
對Xtensa LX處理器和其他幾款處理器進行BDTIsimMark2000測試。為了保持BDTI測試的一致性，各個處理器核均利用壞情況下的時鐘頻率，制造工藝均為0.13um。壞情況是指工藝、電壓和溫度三個方面。對于已經(jīng)封裝的處理器，采用系列中快的處理器來計算分值。定點處理器測試分值結(jié)果，Xtensa LX處理器分值為6150，超過其他處理器。