VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS ELEKTRONIKOS FAKULTETAS KOMPIUTERI Ų INŽINERIJOS KATEDRA Benas Baltrimas MIKROVALDIKLI Ų NAŠUMO TYRIMAS INVESTIGATION OF MICROCONTROLLERS PERFORMANCE Baigiamasis magistro darbas Kompiuteri ų inžinerijos studij ų programa, valstybinis kodas 621H69001 Kompiuteri ų technologij ų specializacija Elektronikos inžinerijos studij ų kryptis Vilnius, 2014 VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS ELEKTRONIKOS FAKULTETAS KOMPIUTERI Ų INŽINERIJOS KATEDRA TVIRTINU Katedros ved ėjas (parašas) Algirdas Baškys (Vardas, pavard ė) (Data) Benas Baltrimas MIKROVALDIKLI Ų NAŠUMO TYRIMAS INVESTIGATION OF MICROCONTROLLERS PERFORMANCE Baigiamasis magistro darbas Kompiuteri ų inžinerijos studij ų programa, valstybinis kodas 621H69001 Kompiuteri ų technologij ų specializacija Elektronikos inžinerijos studij ų kryptis Vadovas dr. prof. A. Baškys _________ __________ (Moksl. laipsnis, vardas, pavard ė) (Parašas) (Data) Konsultantas doc. V. Bleizgys _________ __________ (Moksl. laipsnis, vardas, pavard ė) (Parašas) (Data) Konsultantas dr. V. Buivydien ė _________ __________ (Moksl. laipsnis, vardas, pavard ė) (Parašas) (Data) Vilnius, 2014 VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS ELEKTRONIKOS FAKULTETAS KOMPIUTERI Ų INŽINERIJOS KATEDRA MAGISTRANT ŪROS STUDIJ Ų BAIGIAMOJO DARBO UŽDUOTIS Elektronikos fakultetas Kompiuteri ų inžinerijos katedra Technikos moksl ų sritis TVIRTINU Elektros ir elektronikos inžinerijos mokslo kryptis Kompiuteri ų inžinerijos katedros ved ėjas Elektronikos inžinerijos studij ų kryptis prof. Algirdas Baškys Kompiuteri ų inžinerijos studij ų programa 201 m. mėn. d. Kompiuterių technologij ų specializacija . Studentui (ei) Benui Baltrimui (vardas, pavard ė) Baigiamojo darbo tema: Mikrovaldikli ų našumo tyrimas (lietuvi ų kalba) Investigation of microcontrollers performance (angl ų kalba) Patvirtinta 201 m. mėn. d. dekano įsakymu Nr. Baigiamojo darbo užbaigimo terminas 2014 m. birželio mėn. 01 d. Darbo tikslas: Išstudijuoti mikrovaldikli ų našumo tyrimo metodus ir ištirti populiari ų mikrovaldikli ų našum ą. BAIGIAMOJO DARBO UŽDUOTIS: Išstudijuoti faktorius įtakojan čius mikrovaldikli ų našum ą. Išstudijuoti mikrovaldikli ų našumo tyrimo metodus. Išstudijuoti mikrovaldikli ų našumo testavimui naudojamus testus. Parinkti testavimui mikrovaldiklius ir išanalizuoti j ų charakteristikas. Sudaryti mikrovaldiklio programas našumo testams atlikti. Ištirti pasirinkt ų mikrovaldikli ų našum ą. Baigiamojo darbo rengimo konsultantai: Doc. V. Bleizgys. (vardas, pavard ė, mokslinis laipsnis ir vardas) Vadovas: Algirdas Baškys, dr. prof. (parašas) (vardas, pavard ė, mokslinis laipsnis ir vardas) Užduot į gavau: (studento parašas) (data) Vilniaus Gedimino technikos universitetas ISBN ISSN Elektronikos fakultetas Egz. sk. ……….. Kompiuteri ų inžinerijos katedra Data ….-….-…. Kompiuteri ų technologijos studij ų programos baigiamasis magistro darbas Pavadinimas: Mikrovaldikli ų našumo tyrimas Autorius: Benas Baltrimas Vadovas: dr. prof. Algirdas Baškys Kalba Χ lietuvi ų užsienio Anotacija Baigiamajame magistro darbe ištirtas ir palygintas mikrovaldikli ų našumas. Šiam tikslui pasiekti buvo išanalizuoti mikrovaldikli ų našum ą lemiantys veiksniai. Išnagrin ėti metodai naudojami mikrovaldikli ų našumui tirti. Detaliai aptarta našumo tyrimui naudojama įranga ir našumo test ų programos. Tyrimui yra parinkti įvairi ų gamintoj ų mikrovaldikliai. Išrinkta ir išsamiai aprašyta programin ė įranga, kuri skirta redaguoti, generuoti ir emuliuoti našumo testo programas. Parinktos ir aprašytos našumo test ų programos. Našumo testai atlikti naudojant dvi skirtingas kompiliatori ų konfig ūracijas. Detaliai aptarti ir tarpusavyje palyginti našumo test ų rezultatai. Rezultatai dar kart ą palyginami su „MSP430 Competitive Benchmarking“ tyrimo rezultatais. Išnagrin ėjus ir palyginus visus rezultatus yra pateikiamas galutinis darbo apibendrinimas ir išvados. Baigiam ąjį magistrin į darb ą sudaro 6 skyriai: įvadas, mikrovaldikli ų našum ą lemiantys veiksniai, mikrovaldikli ų našumo tyrimo metod ų ir test ų apžvalga, mikrovaldikli ų našumo tyrimas, apibendrinimas ir išvados, literat ūros s ąrašas. Darbo apimtis: 55p. teksto be pried ų, 27 iliustr., 25 lent., 26 bibliografini ų šaltini ų ir 3 priedai. Prasminiai žodžiai: mikrovaldiklis, našumas, testas, tyrimas, kompiliacija, kodo dydis, skil čių skai čius, optimizacija. Vilniaus Gediminas technical university ISBN ISSN Faculty of Electronics Egz. sk. ……….. Computer Engineering department Data ….-….-…. Computer Technology study programme master’s thesis. Title: Investigation of microcontrollers performance Author: Benas Baltrimas Executive: dr. prof. Algirdas Baškys Thesis language Lithuanian X Foreign (English) Annotation The master thesis aim is to investigate and compare the performance of microcontrollers. There were the factors affecting the performance of microcontrollers determined to achieve this objective. Methods used to investigate the performance of microcontrollers were examined. The equipment used to test the performance and programs itself was discussed in detail. Microcontrollers are chosen from different manufacturers. Detailed software is elected, which is designed to edit, generate and to emulate the performance of test programs. The test programs of performance are elected and described. Performance tests are carried out using two different configurations of the compilers. The results of throughput tests are discussed in detail and compared between each other. The results are compared again with the “MSP430 Competitive Benchmarking” investigation results. The final summation and conclusion of all the results are given after an examination and comparison of all the results. Structure: introduction, factors influencing the performance of microcontrollers, microcontrollers’ throughput test methods and test review, investigation of microcontrollers’ throughput test, conclusions and references. Thesis consists of: 55 p. of text without appendixes, 27 pictures, 25 tables, 26 bibliographical entries, 3 appendixes. Keywords: microcontroller, throughput test, investigation, compilation, code size, word size, optimization. Turinys Paveiksl ų s ąrašas ........................................................................................................................... 8 Lenteli ų s ąrašas ............................................................................................................................. 9 Santrumpos .................................................................................................................................. 10 1. Įvadas ..................................................................................................................................... 11 2. Mikrovaldikli ų našum ą lemiantys veiksniai ...................................................................... 13 Skil čių skai čius ............................................................................................................... 13 Procesoriaus našumas ..................................................................................................... 13 Periferiniai įrenginiai ...................................................................................................... 14 Komunikacija .................................................................................................................. 14 3. Mikrovaldikli ų našumo tyrimo metod ų ir test ų apžvalga ................................................ 15 „CoreMark“ našumo testo programa .............................................................................. 16 „CoreMark“ našumo test ų pritaikymas ........................................................................... 17 „CoreMark“ našumo testo rezultat ų apžvalga ................................................................ 18 „FreeRTOS“ našumo testai ............................................................................................. 20 „FreeRTOS“ našumo testai ............................................................................................. 21 „FreeRTOS“ testuojamos sistemos ir rezultatai ............................................................. 23 4. Mikrovaldikli ų našumo tyrimas ......................................................................................... 32 Mikrovaldikli ų parinkimas ............................................................................................. 32 Redaktoriaus ir kompiliatori ų parinkimas ...................................................................... 33 Našumo test ų programos ................................................................................................ 38 Mikrovaldikli ų našumo tyrimas ...................................................................................... 40 5. Apibendrinimas ir išvados ................................................................................................... 58 6. Literat ūros s ąrašas ............................................................................................................... 60 PRIEDAI ...................................................................................................................................... 62 A priedas. Našumo test ų program ų kodai ..................................................................................... 62 B priedas. Našumo test ų rezultatai ................................................................................................ 80 C priedas. „MSP430 Competitive Benchmarking“ tyrimo našumo test ų rezultatai....................