基于龍芯2號(hào)處理器的SPEC 2000測(cè)試程序的分析與應(yīng)

引言
自主研發(fā)高性能處理器芯片對(duì)于經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全方面具有重要意義。龍芯系列處理器的成功研制填補(bǔ)了我國(guó)自主研發(fā)高性能通用處理器的空白，龍芯2號(hào)采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，已躋身于世界一流處理器的行列。SPEC CPU 2000是SPEC(標(biāo)準(zhǔn)性能評(píng)測(cè)組織)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于評(píng)價(jià)CPU(中央處理器)性能的一套基準(zhǔn)程序，在CPU性能測(cè)試領(lǐng)域具有很大的權(quán)威性。
當(dāng)前，在許多的實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)處理器的性能進(jìn)行評(píng)估，以確定處理器是否可以達(dá)到應(yīng)用的要求，這種評(píng)估的結(jié)果需要客觀和準(zhǔn)確，這樣才具備可信性。當(dāng)前針對(duì)主流的處理器如Intel的X86處理器的測(cè)試方法已經(jīng)有很多，而且這些方法也普遍的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。針對(duì)國(guó)產(chǎn)龍芯處理器的測(cè)試方法還比較的缺乏，因此有必要尋找一種可以客觀評(píng)價(jià)國(guó)產(chǎn)處理器的測(cè)試方法。

1 龍芯2E結(jié)構(gòu)分析
龍芯系列處理器是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研制的高性能通用處理器。
龍芯2E處理器是一款實(shí)現(xiàn)64位MIPSⅢ指令集的通用RISC處理器，采用了4發(fā)射超標(biāo)量超流水結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的轉(zhuǎn)移猜測(cè)、寄存器重命名、動(dòng)態(tài)調(diào)度等亂序執(zhí)行技術(shù)，以及非阻塞的高速緩存和取數(shù)操作猜測(cè)執(zhí)行等動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)訪問(wèn)機(jī)制。
龍芯2E的一級(jí)Cache由64 KB的指令Cache和64 KB的數(shù)據(jù)Cache組成，片上二級(jí)Cache大小為512 KB，均采用四路組相聯(lián)的結(jié)構(gòu)。龍芯2E的基本流水線包括取指、預(yù)譯碼、譯碼、寄存器重命名、調(diào)度、發(fā)射、讀寄存器、執(zhí)行、提交等9級(jí)。龍芯2E先進(jìn)的存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以有效地提高流水線的效率。

2 SPEC 2000測(cè)試程序概述
SPEC CPU 2000是SPEC(標(biāo)準(zhǔn)性能評(píng)測(cè)組織)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于評(píng)價(jià)CPU(中央處理器)性能的一套基準(zhǔn)程序，主要應(yīng)用于桌面型和服務(wù)器型CPU的性能評(píng)價(jià)，其目的是比較不同類(lèi)型CPU的整點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算性能。SPEC是由計(jì)算機(jī)業(yè)界幾十個(gè)芯片廠商、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廠商、研究團(tuán)體等構(gòu)成的非營(yíng)利組織，其開(kāi)發(fā)的SPEC CPU 2000在CPU的性能評(píng)價(jià)領(lǐng)域具有很高的權(quán)威性。

3 在龍芯2E上使用SPEC 2000進(jìn)行測(cè)試
SPEC 2000由兩套基準(zhǔn)程序組成，分別測(cè)試CPU的整型運(yùn)算性能和浮點(diǎn)運(yùn)算性能。目前龍芯平臺(tái)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)以開(kāi)源Linux為主，因此SPEC 2000的運(yùn)行需要GCC和Gfortran編譯器的支持。
3．1 SPEC的安裝
首先從軟件包中解壓tar-jxvf SPEC 2000．tar．bz2，進(jìn)入SPEC 2000根目錄運(yùn)行install．sh進(jìn)行安裝，安裝完成后運(yùn)行．／shrc啟動(dòng)SPEC程序，最后敲入命令runspec-V，如能正確顯示SPEC工具版本信息，則說(shuō)明安裝成功。
3．2 SPEC的運(yùn)行
SPEC CPU 2000基準(zhǔn)主要由基準(zhǔn)程序源文件、腳本管理程序、配置文件以及測(cè)試結(jié)果文件組成。管理程序中最重要的是runspec腳本管理程序，通過(guò)它用戶(hù)可以編譯、運(yùn)行和維護(hù)基準(zhǔn)程序。典型的runspec用法是：
runspec-c default．cfg int其中：default．cfg為配置文件；int則表示運(yùn)行所有的整型基準(zhǔn)程序。
3．3 配置文件
配置文件中包含了許多信息，其中最為重要的是編譯基準(zhǔn)程序的指令參數(shù)，例如編譯時(shí)所要用到的編譯器，編譯優(yōu)化選項(xiàng)等，設(shè)置如下：