Вимірювання рівня продуктивності мікропроцесора Allwinner H616 за допомогою програмного забезпечення UnixBench

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тернопільський національний медичний університет імені І.Я. Горбачевського МОЗ України

Вимірювання рівня продуктивності мікропроцесора Allwinner h616 за допомогою програмного забезпечення UnixBench

Маліновський Андрій Іванович магістр зі спеціальності «Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології»,

Рудяк Юрій Аронович доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри медичної фізики діагностичного та лікувального обладнання

м. Тернопіль

Анотація

Пришвидшення ритму сучасного життя, широке впровадження в процеси управління автоматизованих інформаційних систем зумовлюють актуальність розгляду даного питання. У нашій країні за останнє десятиріччя інформатизація (автоматизація) відіграє провідну роль у оптимізації соціально- економічних, науково-технічних, технологічних та виробничих процесів, що сприяють створенню умов для забезпечення розвитку інформаційного суспільства та впровадження інформаційно-комунікаційних і цифрових технологій.

Мікропроцесори на основі архітектури ARM відіграють важливу роль у сучасних автоматизованих системах завдяки своїй ефективності, енерго- ефективності та універсальності. ARM-процесори використовуються в широкому спектрі пристроїв, від мобільних телефонів та планшетів до серверів і вбудованих систем, таких як автомобільні комп'ютери та смарт- пристрої для дому.

У статті висвітлені деякі аспекти та охарактеризовано переваги нового покоління мікропроцесорів Allwinner H616 у порівнянні з аналогами та проаналізовано продуктивність даного процесора за допомогою програмного забезпечення UnixBench і обгрунтовано застосування такого методу вимірювання.

Вимірювання продуктивності дозволяють визначити, яка модель процесора найкраще відповідає вимогам до кінцевого продукту. Визначення рівня обчислювальної потужності також сприяє конкуренції на ринку процесорів, адже виробники змушені постійно вдосконалювати свої продукти, щоб відповідати потребам користувачів та залишатися конкурентоспроможними. Ці вимірювання є корисними для технічних спеціалістів та інженерів, які можуть використовувати отримані дані для оптимізації програмного забезпечення та систем під конкретні процесори, що в кінцевому підсумку підвищує загальну ефективність роботи обладнання.

Отже, використання програмного забезпечення UnixBench дає змогу оцінити обчислювальну потужність процесора та порівняти її з іншими, що дозволяє об'єктивно оцінити характеристики виробу. Можливість отримати результат з тестів, які спеціалізуються на визначенні рівня продуктивності при роботі з певними завданнями, дає змогу оцінити роботу і продуктивність в конкретних ситуаціях. Вимірювання продуктивності процесорів є необхідним інструментом для прийняття обґрунтованих рішень, забезпечення високої якості продукції та задоволення потреб користувачів.

Ключові слова: мікропроцесор Allwinner H616, програмне забезпече- нння UnixBench

Abstract

Malinovskyi Andriy Ivanovych master's degree in the specialty of Automation and Computer-integrated Technologies, Ternopil National Technical University named after Ivan Pulyuy, Ministry of Education and Science of Ukraine, Ternopil

Rudyak Yuriy Aronovych doctor of technical sciences, professor, head of the department of medical physics, diagnostic and treatment equipment, Ternopil National Medical University named after I.Ya. Gorbachevskiy Ministry of Health of Ukraine, Ternopil

MEASURING THE LEVEL OF PRODUCTIVITY OF ALLWINNER H616 MICROPROCESSOR USING UNIXBENCH SOFTWARE

Acceleration of the rhythm of modern life, wide implementation of automated information systems in the management processes make consideration of this issue urgent. In our country, over the last decade, informatization (automation) has played a leading role in the optimization of socio-economic, scientific-technical, technological and production processes, which contribute to the creation of conditions for ensuring the development of the information society and the introduction of information, communication and digital technologies.

Microprocessors based on the ARM architecture play an important role in modern automated systems due to their efficiency, energy efficiency and versatility. ARM processors are used in a wide range of devices, from mobile phones and tablets to servers and embedded systems such as car computers and smart home devices.

The article highlights some aspects and characterizes the advantages of the new generation of Allwinner H616 microprocessors in comparison with analogues and analyzes the performance of this processor using the UnixBench software and justifies the use of such a measurement method.

Performance measurements allow you to determine which processor model best meets the requirements of the final product. Determining the level of processing power also contributes to competition in the processor market, as manufacturers are forced to constantly improve their products to meet the needs of users and remain competitive. These measurements are useful for technicians and engineers, who can use the resulting data to optimize software and systems for specific processors, ultimately increasing the overall performance of the hardware.

Therefore, using the UnixBench software allows you to evaluate the processing power of the processor and compare it with others, which allows you to objectively evaluate the characteristics of the product. The ability to obtain results from tests that specialize in determining the level of productivity when working with certain tasks makes it possible to evaluate work and productivity in specific situations. Measuring processor performance is a necessary tool for making informed decisions, ensuring high product quality, and satisfying user needs.

Keywords: UnixBench software, Allwinner H616 microprocessor.

Постановка проблеми

Мікропроцесори на основі архітектури ARM відіграють важливу роль у сучасних автоматизованих системах завдяки своїй ефективності, енергоефективності та універсальності. ARM-процесори використовуються в широкому спектрі пристроїв, від мобільних телефонів та планшетів до серверів і вбудованих систем, таких як автомобільні комп'ютери та смарт-пристрої для дому. Їхня популярність обумовлена не тільки низьким енергоспоживанням, але й високою продуктивністю на ват, що робить їх ідеальними для портативних та енергоощадних пристроїв.

Вимірювання продуктивності ARM-процесорів є критично важливим, оскільки це дозволяє визначити їхню здатність виконувати конкретні завдання в реальних умовах. Оцінка продуктивності допомагає розробникам і інженерам обрати найкращий процесор для роботи в їхніх автоматизованих системах, що в кінцевому результаті впливає на загальну ефективність і надійність цих [1]. Важливо також, що вимірювання продуктивності дозволяє порівнювати різні моделі процесорів ARM, що є необхідним для прийняття обґрунтованих рішень при виборі апаратного забезпечення. Крім того, точне вимірювання продуктивності ARM-процесорів сприяє оптимізації програмного забезпечення, що працює на цих процесорах. Це означає, що розробники можуть створювати більш ефективні та швидкі додатки, що підвищує загальну продуктивність системи. Для виробників пристроїв вимірювання продуктивності дозволяє визначити найкращі конфігурації апаратного забезпечення, що забезпечують оптимальний баланс між продуктивністю та енергоспоживанням. Для вимірювання швидкодії здебільшого використовується спеціалізоване програмне забезпечення таке як UnixBench.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

У закордонних та вітчизняних джерелах мало публікацій, присвячених саме процесу встановлення та проведення вимірювання продуктивності ARM процесорів, за допомогою програми UnixBench. Зазвичай це вимірювання є одним з інструментів дослідження, наприклад Erik Van der Kouwe та Andrew S. Tanenbaum, використовували цю програму для визначення продуктивності в своїй публікації [2]. Також проводилося дослідження швидкодії процесора Allwinner A10 в 2012 році в публікації A. Kovari та P. Dukan [3].

Мета статті - визначити рівень продуктивності процесора Allwinner H616 за допомогою програми UnixBench, проаналізувати результати вимірювання та охарактеризувати процес визначення обчислювальної потужності за допомогою цього програмного забезпечення та вказати переваги даного методу.

Виклад основного матеріалу

UnixBench - це безкоштовний і відкритий інструмент для оцінки продуктивності Unix-подібних систем. Вперше було запущено в 1983 році, як додаток для порівняльного аналізу [4]. Потім він був вдосконалений журналом Byte. Модифікації для Linux від Джона Томбса та Бена Сміта, Ріка Грехана та Тома Ягера, з тих пір був не один раз оновлювався і покращувався, що дало змогу використовувати його для порівняння сучасних процесорів.

UnixBench включає в себе різноманітні тести, які вимірюють різні аспекти продуктивності системи, включаючи:

процесорну продуктивність,

швидкість обміну даними,

продуктивність файлової системи,

продуктивність компілятора.

UnixBench можна запускати як в однопотоковому, так і в багатопо- токовому режимі. Це дозволяє оцінити продуктивність системи як при виконанні одного завдання, так і при виконанні декількох завдань одночасно.

UnixBench виконує ряд тестів для оцінки продуктивності [5]:

Dhrystone - використовується для вимірювання та порівняння продуктивності, Тест зосереджується на обробці рядків, оскільки немає операцій з плаваючою комою. Він сильно залежить від апаратного та програмного забезпечення, опцій компілятора і компонувальника, оптимізації коду, кеш-пам'яті, станів очікування і цілочисельних типів даних.

Whetstone - застосовується для вимірювання швидкості та ефективності операцій з числами із плаваючою комою;

Execl Throughput - використовується для вимірювання кількості викликів execl, які можна виконати за секунду.

File Copy - використовується для вимірювання швидкості, з якою дані можуть передаватися з одного файлу в інший;

Pipe Throughput - пропускна здатність, кількість разів (за секунду), коли процес може записати 512 байт в канал (pipe) і прочитати їх назад;

Pipe-based Context Switching - використовується для вимірювання кількості разів, коли два процеси можуть обмінюватися зростаючим цілим числом через канал (pipe);

Process Creation - застосовується для вимірювання швидкості з якою система може створювати та завершувати нові процеси;

Shell Scripts - вимірює кількість разів за хвилину, за якими процес може запустити та завершити набір з одного, двох або восьми одночасних копій shell-скриптів, де shell-скрипт застосовує ряд перетворень до файлу даних;

System Call Overhead - застосовується для оцінки вартості входу в ядро операційної системи та виходу з нього.

System Benchmarks Index Score - загальна оцінка продуктивності враховуючи проведені тестування.

UnixBench є досить потужним інструментом, який використовується для оцінки продуктивності комп'ютерів та їх мікропроцесорів, що працюють Unix-подібними системами.

Для тестування можливостей процесора Allwinner H616 вибрано одноплатний комп'ютер (SBC) Orange Pi Zero 2 (див. рис. 1). В нього 1 ГБ оперативної пам'яті типу DDR3 та 16 МБ флеш-пам'яті SPI. Його плата має ряд функцій, що роблять її універсальною та доступною платформою для широкого спектру застосувань, завдяки технічним характеристикам (див. таблиця 1). мікропроцесор програмний автоматизований інформаційний

Рис. 1 Зовнішній вигляд Orange Pi Zero 2

Технічні характеристики Orange Pi Zero 2

На одноплатний комп'ютер для тестування встановлено операційну систему Armbian [7] 23.05.1 Jammy з Linux 4.9.318-legacy-sun50iw9, одноплатний комп'ютер забезпечено ефективним охолодженням та стабільним живленням, задля забезпечення об'єктивного результату дослідження.

Встановлення та налаштування програмного забезпечення виконується за допомогою таких команд:

sudo apt-get update - оновлення інформаційної бази даних пакета програмного забезпечення;

sudo apt-get upgrade - встановлення інформаційної бази даних пакета програмного забезпечення;

sudo apt-get install libx11-dev libgll-mesa-dev libxext-dev perl perl- modules make git - встановлення необхідного програмного забезпечення для UnixBench;

git clone https://github.com/kdlucas/byte-unixbench.git - встановлення репозиторію UnixBench;

cd byte-unixbench/UnixBench/ - перехід в директорію програми;

./Run - запуск UnixBench.

Після запуску програми на екрані виведено основну інформацію про цю програму її версію (5.1.3), що було взято за основу при створені («Based on the Byte Magazine Unix Benchmark») та інша інформація. Після запуску послідовно відбувається виконання серії тестів, щоб визначити рівень швидкодії в кожному з них, процесу проведення тестування зображено на рис. 2.

Рис. 2 Процес визначення продуктивності, за допомогою UnixBench

Задля забезпечення точних результатів UnixBench запускався кілька разів (3 рази) (див. таблиця 2 і таблиця 3), адже результати можуть змінюватися в залежності від умов середовища і стану системи.

Таблиця 2. Результати тестування

Після завершення тестування програма відображає час виконання тестування тривалість всього тесту становить 56 хвилин, з яких тестування одно- ядерної і багатоядерної продуктивності тривають однакову кількість часу - 28 хвилин, та результати для одноядерного та багатоядерного тесту (див. рис. 3).

Параметр index відображає на скільки продуктивність системи відрізняється від базових показників, чим більший цей показник тим вища продуктивність в цьому завданні має процесор [6]. Показники стовпчика BASELINE не змінюються, адже це значення базових показників відносно яких відбувається порівняння [7]. Показники в стовпчику RESULT вказані результати випробування, що визначають рівень обчислювальної потужності процесора в цих завданнях. В стовпчику INDEX подано різницю між протестованою і базовою системою, наприклад показник System Call Overhead дорівнює 403590.6 (результат тестування) поділити на 15000.0 (базове значення) - 26,906 і помножити на 10.

Рис. 3 Процес визначення продуктивності, за допомогою UnixBench

Таблиця 3. Результати тестування багатоядерної продуктивності

Отримані результати дослідження відображені діаграмами одноядерного (див. рис. 4) та багатоядерного (див. рис. 5) тестування. Дивлячись на ці діаграми можна прийти до висновку, що результати коливаються в межах похибки і вони відображають реальний рівень продуктивності процесора в цьому програмному забезпеченні. Найбільша різниця в одноядерному тесті має показники тестування копіювання 256 байт (File Copy 256) - 4.42 %. У визначенні багатоядерної продуктивності найбільше відхилення у визначенні затрат на системний виклик (System Call Overhead) - 4.88 %.

Рис. 4 Результати дослідження продуктивності одноядерного тесту

Рис. 5 Результати дослідження продуктивності багатоядерного тесту

Вимірювання продуктивності сучасних процесорів є надзвичайно важливим, адже такі вимірювання дозволяють об'єктивно оцінити швидкодію процесора в різних умовах, що є критичним для визначення його відповідності конкретним завданням. Результати вимірювань допомагають порівнювати різні моделі процесорів, забезпечуючи споживачам та бізнесам можливість вибору оптимального рішення на основі об'єктивних даних, що в свою чергу допомагає покращити якість кінцевого продукту. Вимірювання продуктивності дозволяють визначити, яка модель найкраще відповідає цим специфічним потребам. Вимірювання продуктивності також сприяє конкуренції на ринку процесорів, адже виробники змушені постійно вдосконалювати свої продукти, щоб відповідати потребам користувачів та залишатися конкурентоспроможними. Ці вимірювання є корисними для технічних спеціалістів та інженерів, які можуть використовувати отримані дані для оптимізації програмного забезпечення та систем під конкретні процесори, що в кінцевому підсумку підвищує загальну ефективність роботи обладнання.

Висновки

Отже, використання програмного забезпечення UnixBench дає змогу оцінити обчислювальну потужність процесора та порівняти її з іншими, що дозволяє об'єктивно оцінити характеристики виробу. Можливість отримати результат з тестів, які спеціалізуються на визначенні рівня продуктивності при роботі з певними завданнями, дає змогу оцінити роботу і продуктивність в конкретних ситуаціях. Вимірювання продуктивності процесорів є необхідним інструментом для прийняття обґрунтованих рішень, забезпечення високої якості продукції та задоволення потреб користувачів.

Література

1. І.Закон України «Про національну програму інформатизації» [Електронний ресурс].

2. 2.Van Der Kouwe E. HSFI: Accurate Fault Injection Scalable to Large Code Bases /E. Van Der Kouwe, A. S. Tanenbaum // 2016 46th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks (DSN). - 2016.- С.144-155

3. 3 .UnixBench - програма порівняльного аналізу для Unix-подібних систем. [Електронний ресурс].

4. Сайт «Byte-unixbench» [Електронний ресурс].

5. Сайт «UnixBench Score» [Електронний ресурс].

6. Сайт компанії «Armbian» [Електронний ресурс].

7. Сайт «VPS Ranking» [Електронний ресурс].

References

1. Zakon Ukrainy « Pro natsionalnu prohramu informatyzatsii » [Law of Ukraine «On the National Informatization Program» ]. (n.d.).

2. Van Der Kouwe, E., & Tanenbaum, A. S. (2016). HSFI: Accurate Fault Injection Scalable to Large Code Bases. 2016 46th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks (DSN), Toulouse, France, 144-155.

3. UnixBench - prohrama porivnialnoho analizu dlia Unix-podibnykh system. [UnixBench - a benchmarking program for Unix-like systems].

4. 4.Sait «Byte-unixbench». [Site «Byte-unixbench»].

5. 5.Sait «UnixBench Score». [Site «UnixBench Score»].

6. 6.Sait kompanii «Armbian» [Armbian website].

7. 7.Sait «VPS Ranking» [Site «VPS Ranking»].

Размещено на Allbest.ru