[原创]NUCLEO-F410RB 测评第二周之MD5速度测试

板子的程序跑成功之后，弄几个可以检验M4处理能力的程序测试下吧，也跟手头的NUCLEO-F091RC对比一下。用什么做测试对比呢？顺手拿个MD5算法的C程序(从util-linux源代码包里面搜刮出来的)，跑一下看看运行时间。因为ARM是32位，这个md5.c移植过来很顺利，我使用其中的md5_buffer()函数来计算一块数据的MD5校验码。要处理的数据则存放到ROM中，也在RAM中复制一份，作为对比。STM32F410RB 和 STM32F091RC 都有 32kB 的SRAM，所以我取了个22073字节的数据块是没有问题的。

为了测试运行时间，我就启用了一个32-bit的定时器。在F410上，用Timer5, 而在F091上，则用Timer2. 因为其它的Timer都是16-bit的了。设置并启用Timer之后，就调用 md5_buffer() 函数进行一次计算，返回后读取Timer的CNT寄存器值，则得到消耗掉的机器周期个数。把结果用文本形式从串口输出（使用USART1）。主程序就这样写了

1. #include
   

2. 
   

3. #include "stm32f4xx.h"
   

4. #include "md5.h"
   

5. 
   

6. #include "text.c"
   

7. 
   

8. int main(void)
   

9. {
   

10. 
    

11. unsigned char md5[16];
    

12. 
    

13. // FLASH->ACR = FLASH_ACR_ICEN|FLASH_ACR_DCEN;
    

14. 
    

15. memcpy(ram_text, rom_text, sizeof(rom_text));
    

16. 
    

17. RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN; // enable GPIO port A clock
    

18. __NOP();
    

19. 
    

20. GPIOA->MODER = GPIO_MODER_MODER14_1|GPIO_MODER_MODER13_1 // PA14, PA13 AF (SWD pins)
    

21. |GPIO_MODER_MODER10_1|GPIO_MODER_MODER9_1 // PA10, PA9 AF (UART)
    

22. |GPIO_MODER_MODER5_0; // PA5 as general output (LED)
    

23. GPIOA->AFR[1] = 0x00000770; // AF1 for PA9,PA10; AF0 for others
    

24. 
    

25. uart_setup();
    

26. uart_wstr("Hello from F410\r\n");
    

27. 
    

28. RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM5EN; // enable timer 5
    

29. 
    

30. while(1)
    

31. {
    

32. static char a=0;
    

33. unsigned int t;
    

34. char str[32];
    

35. 
    

36. TIM5->CNT = 0;
    

37. TIM5->CR1 = TIM_CR1_CEN;
    

38. md5_buffer(rom_text, sizeof(rom_text), md5);
    

39. t=TIM5->CNT;
    

40. TIM5->CR1 = 0;
    

41. uart_wstr("MD5 ROM data at 0x");
    

42. uart_whex(rom_text);
    

43. uart_wstr(", time ");
    

44. uart_wdec(t);
    

45. uart_wstr("\r\n(");
    

46. uart_hexdump(md5,16);
    

47. uart_wstr(")\r\n");
    

48. 
    

49. TIM5->CNT = 0;
    

50. TIM5->CR1 = TIM_CR1_CEN;
    

51. md5_buffer(ram_text, sizeof(rom_text), md5);
    

52. t=TIM5->CNT;
    

53. TIM5->CR1 = 0;
    

54. uart_wstr("MD5 RAM data at 0x");
    

55. uart_whex(ram_text);
    

56. uart_wstr(", time ");
    

57. uart_wdec(t);
    

58. uart_wstr("\r\n(");
    

59. uart_hexdump(md5,16);
    

60. uart_wstr(")\r\n");
    

61. 
    

62. if(a==0)
    

63. {
    

64. GPIOA->BSRRL = (1<<5);
    

65. a=1;
    

66. }
    

67. else
    

68. {
    

69. GPIOA->BSRRH = (1<<5);
    

70. a=0;
    

71. }
    

72. }
    

73. }
    

74. 
    

复制代码

开一个串口的终端看输出咯，Baud为115200. 程序在不断地循环做同样的计算。


结果如下，上面的窗口是GCC-4.8.4 -O2 优化选项编译后的运行时间，文本数据放在ROM中，226487 周期；文本数据放在RAM中，232311周期。我还没有弄明白为什么数据在ROM反而更快？按说D-BUS和I-BUS分别连接在SRAM和Flash的话总线是没有访问冲突的应该更快啊……

试下不同的优化级别呢，在 -Os 优化选项下，数值分别变成 239251 和 239236, ROM和RAM差别很微小但RAM终于胜出了，在 -O 优化选项下最慢，分别是 243758 和 240991 (这回RAM中又快了一点)；在 -O3 优化选项下，分别是 226434 和 232267. -O2和-O3编译的结果其实速度差别也不到 0.1%. 但 -O2 和 -Os 优化的区别就超过 5%了。

尝试下把指令集从 -mcpu=cortex-m4 改成 -mcpu=cortex-m0, 运行速度明显降低。在最快的 -O3 优化下，消耗周期数分别是 333130 和 335526, 也就是 采用 M4 指令集整体速度比 M0 的指令集快了近 50%. MD5算法大量的是逻辑运算，如果是算术运算这个差距可能更大。在 -Os 优化下，消耗周期数分别是 336929 与 337261, 仍然有 1.4 倍的速度优势.

和 F091 的对比又如何呢？在F091上，数据放在 ROM 和 RAM 中，运行的结果是一样的，这是单一总线的表现。在最快的 -O3 选项下，消耗周期 341915; 在 -Os 选项下，消耗周期 347795. 因此即使限制在同样的指令集，M4核也比M0有2%~3%的速度提升。

当然，仅仅MD5算法还不能完全展现区别。后面再继续吧……

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