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分类: LINUX

2015-03-09 16:19:20

X86 platform

    从pentium开始,很多80x86微处理器都引入TSC,一个用于时间戳计数器的64位的寄存器,它在每个时钟信号(CLK, CLK是微处理器中一条用于接收外部振荡器的时钟信号输入引线)到来时加一。
    通过它可以计算CPU的主频,比如:如果微处理器的主频是1MHZ的话,那么TSC就会在1秒内增加1000000。除了计算CPU的主频外,还可以通过TSC来测试微处理器其他处理单元的运算速度,资料[2]介绍了这个内容。
    那么如何获取TSC的值呢?rdtsc,一条读取TSC的指令,它把TSC的低32位存放在eax寄存器中,把TSC的高32位存放在edx中,更详细的描述见资料[1]。
    下面来看看rdtsc的具体用法,在linux源代码include/asm-i386/msr.h中,可以找到这么三个关于rdtsc的宏定义:

#define rdtsc(low,high) \
      __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high))
 
#define rdtscl(low) \
       __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=a" (low) : : "edx")
 
#define rdtscll(val) \
       __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=A" (val))


    第三个正是我们需要的,为了方便在我们自己的应用程序中使用,通过资料[3]我们把它简单的封装一下:

typedef unsigned long long cycles_t;
inline cycles_t currentcycles() {
    cycles_t result;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (result));
    return result;
}



    下面来介绍一个实例,用rdtsc来计算CPU的主频。计算方法就是根据TSC的工作原理来的。我们在时间间隔1秒的前后分别记下TSC的值,然后求差并除以1000000。这样就可以计算出以MHZ为单位的主频了。大概的算法如下:

t1 = currentcycles();
sleep(1);
t2 = currentcycles();
printf("cpu MHz        : %lld\n", (t2-t1)/1000000);



    不过考虑到sleep是基于alarm和pause实现的,我们这里直接通过alarm来产生1秒的时间间隔了。

/**
* readTSC.c -- read the time stamp counter using the rdtsc instruction *
* falcon * 2008-04-07 *
* ref: 1. [url]http://z.cs.utexas.edu/users/habals/blog/index.php/linux/70[/url]
* 2. [url][/url] *
*/

#include <stdio.h> /* printf */
#include <unistd.h> /* alarm, pause */
#include <sys/types.h>
#include <signal.h> /* signal,kill */

typedef unsigned long long cycles_t;

inline cycles_t currentcycles()
{
    cycles_t result;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (result));
        
    return result;
}

cycles_t t1, t2;

void handler(int signo)
{
    t2 = currentcycles();
    printf("cpu MHz : %lld\n", (t2-t1)/1000000);
    kill(getpid(), SIGINT);
}

int main(void)
{
    signal(SIGALRM, handler);
    t1 = currentcycles();
    alarm(1);
    while(1)
        pause();
    
    return 0;
}


这里是执行情况:

$ make readTSC
cc     readTSC.c   -o readTSC
$ ./readTSC
cpu MHz        : 2199

$ cat /proc/cpuinfo | grep MHz
cpu MHz        : 2200.103



    我们算出来的主频跟内核proc文件系统中记录的值差不多,不过内核里头计算的要大一些,可能内核在计算主频时用了浮点运算的缘故。实际上我们计算的值也比真实的要大,因为在t1和t2之间,除了1s外,我们调用了alarm,而且进行了除法运算,因此实际时间要大于1秒,所以实际主频就会更小一些。

参考资料:

[1] RDTSC instruction

[2] Using the RDTSC Instruction for Performance Monitoring

[3] Use RDTSC instruction to measure time on x86 architecture
http://z.cs.utexas.edu/users/habals/blog/index.php/linux/70

end of X86 platform

 

-------------------------------------------------------------------------

从别人文章中摘出来的关于MIPS记时相关的部分。

********* 描述1 ***********

在mips平台上,可以通过读取coprocessor 0中的寄存器9来获取time stamp,

#define rdtscl(dest)\
      __asm__ __volatile__("mfc0 %0, $9; nop":"=r"(dest));

********* 描述2 ***********

除了这个与体系结构无关的函数外,我们还将示例使用一段内嵌的汇编代码。为此,我们来给 MIPS 处理器实现一个 rdtscl 函数,功能就象 x86 的一样。

这个例子之所以基于 MIPS,是因为大多数 MIPS 处理器都有一个 32 位的计数器,在它们的内部“coprocessor 0”中命名为 register 9 寄存器。为了从内核空间读取该寄存器,可以定义下面的宏,它执行“从 coprocessor 0 读取”的汇编指令:*


#define rdtscl(dest) \
   _ _asm_ _ _ _volatile_ _("mfc0 %0,$9; nop" : "=r" (dest))





注:nop 指令是必需的,防止了编译器在指令mfc0之后立刻访问目标寄存器。这种互锁(interlock)在 RISC处理器中是很典型的,在延迟期间编译器仍然可以调度其它指令执行。我们在这里使用nop,是因为内嵌汇编指令对编译器来说是个黑盒,不能进行优化。



通过使用这个宏,MIPS 处理器就可以执行和前面所示用于 x86 的相同的代码了。

gcc 内嵌汇编的有趣之处在于通用寄存器的分配使用是由编译器完成的。这个宏中使用的 %0 只是“参数 0”的占位符,参数 0 由随后的“作为输出(=)使用的任意寄存器(r)”定义。该宏还说明了输出寄存器要对应于 C 表达式 dest。内嵌汇编的语法功能强大但也比较复杂,特别是在对各寄存器使用有限制的平台上更是如此,如 x86 系列。完整的语法描述在 gcc 文档中提供,一般在 info 中就可找到。

 

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