性能测试 trace

NOTE: 这个不是官方的 golden_trace。

$ ls -1sh **/*.txt
2.1M bitcount/bitcount.txt
 11M bubble_sort/bubble_sort.txt
 24M coremark/coremark.txt
 14M crc32/crc32.txt
2.9M dhrystone/dhrystone.txt
9.8M quick_sort/quick_sort.txt
9.4M select_sort/select_sort.txt
 11M sha/sha.txt
940K stream_copy/stream_copy.txt
6.6M stringsearch/stringsearch.txt

包括完整的指令运行（来自 writeback 阶段的 debug 信号）、AXI 总线传输（来自 GS132 内部出来的 AXI 信号）。

目前发现抓取到的 AXI 传输次数比理论计算出的传输次数要多，原因不明。

仓库文件结构

• README.md：此文件。
• .gitignore
• branch.ipynb：简单分析分支预测在性能测试上的效果。
• branch.py：branch.ipynb 中的 Python 代码。
• playground.ipynb：一个简单分析抓取到的 trace 的 IPython Notebook（Jupyter）。
• playground.py：playground.ipynb 中的 Python 代码。
• tracker.v：trace 抓取的源码。
• compiled/：交叉编译后的二进制初始化文件，用于初始化仿真时的内存。
  • *.mif：Memory Initialization File。给 Vivado IP 用的。
• stream_copy/：测试点 stream_copy。
  • stream_copy.s：交叉编译后的反汇编文件。
  • stream_copy.si：cat stream_copy.s | grep "9fc.....:" > stream_copy.si。用于去除反汇编文件中的提示信息，只保留指令信息。
  • stream_copy.lw：cat stream_copy.si | grep "lw" > stream_copy.lw。所有 lw* 指令。
  • stream_copy.sw：cat stream_copy.si | grep "sw" > stream_copy.sw。所有 sw* 指令。
  • stream_copy.txt：抓取到的 trace。
• ...

trace 内容说明

AXI 记录

对于 AXI 的传输，tracker 只监听了 AW channel 和 AR channel。记录格式如下：

[物理地址],{aw/ar}

CPU 记录

对于 GS132 CPU 的指令执行，用的是 debug_wb_* 信号。记录格式如下：

[debug_wb_pc],[debug_wb_rf_wen],[debug_wb_rf_wnum],[debug_wb_rf_wdata]
// PC 地址（虚拟地址），寄存器 write_enable，寄存器编号，写入数据

注意虚拟地址的映射规则（MIPS32 中 kseg0 和 kseg1 的映射规则）。

注意

由于 GS132 的一条指令貌似会执行多个 cpu_clk 的周期，导致 trace 内部很多指令的 PC 会被记录多次。例如：

...
1fc00d20,ar
9fc00d20,f,1d,9fc11204
9fc00d20,0,1d,9fc11204
1fc00b14,ar
9fc00b14,f,11,00000001
9fc00b14,0,11,00000001
1fc00b18,ar
9fc00b18,f,02,9fc010b1
9fc00b18,0,02,9fc010b1
...

PC 为 0x9fc00b14 的指令就被记录了 2 次。

trace 抓取

将 tracker.v 的内容加入到 GS132 性能测试的 mycpu_top.v 的末尾，然后运行仿真。

注意修改 tracker.v 内的宏 TRACE_SAVE_PATH，这是抓取到的 trace 保存到的文件地址。

`define TRACE_SAVE_PATH "/home/riteme/Code/nscscc/trace/perf_trace.txt"

如果发现 trace 文件末尾疑似不完整，请考虑在合适的位置加上 $fclose(trace_file)。例如：

// mycpu_tb.v 的第 258 行
debug_end <= 1'b1;
$display("==============================================================");
$display("Test end!");
#40;
$fclose(trace_ref);
$fclose(trace_file);  // 加在这里，以确保文件全部写入到本地。
if (global_err)
begin
    $display("Fail!!!Total %d errors!",err_count);
end

Playground

stream_copy：

x1faf_read_count: 7
x1faf_write_count: 155
x1fc_read_count: 18197
x1fc_write_count: 1202
instr_count: 14867
sw_count: 1209
lw_count: 3195

x1faf_* 和 x1fc_* 分别代表物理地址开头为 0x1faf 和 0x1fc 的读写。