计算ARM Cortex-a8 BeagleBone黑的时钟周期计数

Question

我希望计算c代码中特定函数的时钟周期计数，该函数将在BeagleBone黑色上编译和运行。我不知道该怎么做。我在网上搜索发现了这样的指令：

阿恩代尔板上的时钟读取方法：

步骤-1：插入内核模块以允许用户空间访问PMU计数器.解压附带的文件“arndale_clockread.tar.bz2”，它具有Makefile和enableccnt.c。在Makefile中，用内核源目录(例如/usr/src/linux-kernel-version )修改“KERNELDIR”，然后运行命令。

linaro@linaro-server:~/enableccnt$ make

上面的命令应该以enableccnt.ko的形式给出输出，它是内核模块，用于支持对PMU计数器的用户空间访问。然后运行命令。

linaro@linaro-server:~/enableccnt$ sudo insmod enableccnt.ko

下面的命令应该显示enableccnt模块被插入到正在运行的内核中。

linaro@linaro-server:~/enableccnt$ lsmod

步骤2:从用户空间应用程序读取计数器的。一旦内核模块被设置。下面的函数可用于读取计数器

static void readticks(unsigned int *result)
{   
  struct timeval t;
  unsigned int cc;
  if (!enabled) {
   // program the performance-counter control-register:
    asm volatile("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 0" :: "r"(17));
   //enable all counters.
    asm volatile("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 1" :: "r"(0x8000000f));
   //clear overflow of coutners
    asm volatile("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 3" :: "r"(0x8000000f));
    enabled = 1;
  }
  //read the counter value.
  asm volatile("mrc p15, 0, %0, c9, c13, 0" : "=r"(cc));
  gettimeofday(&t,(struct timezone *) 0);
  result[0] = cc;
  result[1] = t.tv_usec;
  result[2] = t.tv_sec;
}

我认为这个指令应该适用于任何ARMv7平台。因此，我按照指令并更改内核源目录。Makefile是这样的：

KERNELDIR := /usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70

obj-m := enableccnt.o
CROSS=arm-linux-gnueabihf-

all:
        CC=arm-cortex_a15-linux-gnueabihf-gcc $(MAKE) ARCH=arm -C $(KERNELDIR) M=`pwd`  CROSS_COMPILE=$(CROSS) -I/lib/arm-linux-gnueabihf/lib

现在，当我运行make时，我得到了这个错误，它是对arm-linux-gnueabihf-ar的抱怨

CC=arm-cortex_a08-linux-gnueabihf-gcc make ARCH=arm -C /usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70 M=`pwd`  CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -I/lib/arm-linux-gnueabihf/
make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70'
  LD      /root/crypto_project/Arndale_enableccnt/built-in.o
/bin/sh: 1: arm-linux-gnueabihf-ar: not found
make[2]: *** [/root/crypto_project/Arndale_enableccnt/built-in.o] Error 127
make[1]: *** [_module_/root/crypto_project/Arndale_enableccnt] Error 2
make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70'
make: *** [all] Error 2

我试着安装arm-linux-gnueabihf-ar，但它不起作用。所以，我不知道我现在该怎么做！

正如注释中提到的EDIT1 1-，我使用以下方法将工具链路径添加到环境变量中：

export PATH=/path/to/mytoolchain/bin:$PATH

现在我不知道以前的错误了。但是，我发现了这个语法错误，我认为它与内核头文件有关：

CC=arm-cortex_a15-linux-gnueabihf-gcc make ARCH=arm -C /usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70 M=`pwd`  CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -I/lib/arm-linux-gnueabihf/bin
/root/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.7-2012.11-20121123_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc: 1: /root/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.7-2012.11-20121123_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc: Syntax error: "(" unexpected
make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70'
  LD      /root/crypto_project/Arndale_enableccnt/built-in.o
/root/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.7-2012.11-20121123_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-ar: 1: /root/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.7-2012.11-20121123_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-ar: Syntax error: "(" unexpected
make[2]: *** [/root/crypto_project/Arndale_enableccnt/built-in.o] Error 2
make[1]: *** [_module_/root/crypto_project/Arndale_enableccnt] Error 2
make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-3.8.13-bone70'
make: *** [all] Error 2

我想到的唯一合理的解决方案是下载内核源代码及其头文件，然后再次尝试。有人想办法解决这个问题吗？

Answer 1

由于在此过程中可能存在许多障碍，下面是如何构建内核模块和用户空间应用程序的完整指南。

工具链

首先，您需要下载并安装两个工具链：

1. 构建内核(和内核模块)的工具链：裸金属(EABI)工具链
2. 用于构建用户空间应用程序的工具链：GNU/Linux工具链

我建议您使用Linaro工具链，因为它们是免费的，可靠的，并且很好地优化了ARM。这里您可以选择所需的工具链(在"Linaro“部分)。在BeagleBone Black上，默认情况下您有很少的endian体系结构(就像在大多数ARMv7处理器上一样)，所以请下载下面两个档案：

1. linaro-工具链-二进制文件(小端)裸金属
2. linaro-工具链-二进制文件(小端) Linux

下载后，将这些档案解压缩到/opt目录中。

核源

首先，您需要知道到底使用了哪些内核源来构建闪烁到您的板上的内核。您可以尝试(通过您的董事会修订)从这里中找出这一点。或者，您可以构建自己的内核，将其闪现到您的板上，现在您可以确切地知道使用的是哪个内核版本。

无论如何，您需要下载正确的内核源(它们对应于您的板上的内核)。这些源将进一步用于构建内核模块。如果内核版本不正确，那么在加载模块时就会出现“神奇的错配”错误或类似的错误。

我将使用来自稳定的kernel.org内核源代码作为引用(至少应该足以构建模块)。

构建内核

在终端中运行下一步命令，为内核构建配置shell环境(裸金属工具链)：

$ export PATH=/opt/gcc-linaro-5.1-2015.08-x86_64_arm-eabi/bin:$PATH
$ export CROSS_COMPILE=arm-eabi-
$ export ARCH=arm

使用defconfig为您的板配置内核(来自arch/arm/configs/)。例如，我将使用omap2plus_defconfig：

$ make omap2plus_defconfig

现在要么构建整个内核：

$ make -j4

或者准备构建外部模块所需的内核文件：

$ make prepare
$ make modules_prepare

在第二种情况下，模块将没有依赖列表，在加载时可能需要使用“强制”选项。因此，首选选项是构建整个内核。

核模块

注意到：我要进一步使用的代码来自这个答案。

首先，您需要为用户空间访问启用ARM性能计数器(详细信息为这里)。它只能在内核空间中完成。下面是您可以使用的模块代码和Makefile：

perfcnt_enable.c

#include <linux/module.h>

static int __init perfcnt_enable_init(void)
{

    /* Enable user-mode access to the performance counter */
    asm ("mcr p15, 0, %0, C9, C14, 0\n\t" :: "r"(1));

    /* Disable counter overflow interrupts (just in case) */
    asm ("mcr p15, 0, %0, C9, C14, 2\n\t" :: "r"(0x8000000f));

    pr_debug("### perfcnt_enable module is loaded\n");
    return 0;
}

static void __exit perfcnt_enable_exit(void)
{
}

module_init(perfcnt_enable_init);
module_exit(perfcnt_enable_exit);

MODULE_AUTHOR("Sam Protsenko");
MODULE_DESCRIPTION("Module for enabling performance counter on ARMv7");
MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

# kbuild part of makefile

CFLAGS_perfcnt_enable.o := -DDEBUG
obj-m := perfcnt_enable.o

else

# normal makefile

KDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build

module:
    $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
    $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

.PHONY: module clean

endif

构建内核模块

使用前面步骤中配置的shell环境，让我们再导出一个环境变量：

$ export KDIR=/path/to/your/kernel/sources/dir

现在就跑吧：

$ make

模块构建(perfcnt_enable.ko文件)。

用户空间应用

一旦在内核空间(通过内核模块)启用了ARM性能计数器，您就可以在用户空间应用程序中读取其值。以下是此类应用程序的示例。

perfcnt_test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

static unsigned int get_cyclecount(void)
{
    unsigned int value;

    /* Read CCNT Register */
    asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c13, 0\t\n": "=r"(value));

    return value;
}

static void init_perfcounters(int32_t do_reset, int32_t enable_divider)
{
    /* In general enable all counters (including cycle counter) */
    int32_t value = 1;

    /* Peform reset */
    if (do_reset) {
        value |= 2; /* reset all counters to zero */
        value |= 4; /* reset cycle counter to zero */
    }

    if (enable_divider)
        value |= 8; /* enable "by 64" divider for CCNT */

    value |= 16;

    /* Program the performance-counter control-register */
    asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 0\t\n" :: "r"(value));

    /* Enable all counters */
    asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 1\t\n" :: "r"(0x8000000f));

    /* Clear overflows */
    asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 3\t\n" :: "r"(0x8000000f));
}

int main(void)
{
    unsigned int overhead;
    unsigned int t;

    /* Init counters */
    init_perfcounters(1, 0);

    /* Measure the counting overhead */
    overhead = get_cyclecount();
    overhead = get_cyclecount() - overhead;

    /* Measure ticks for some operation */
    t = get_cyclecount();
    sleep(1);
    t = get_cyclecount() - t;

    printf("function took exactly %d cycles (including function call)\n",
            t - overhead);

    return EXIT_SUCCESS;
}

Makefile

CC = gcc
APP = perfcnt_test
SOURCES = perfcnt_test.c
CFLAGS = -Wall -O2 -static

default:
    $(CROSS_COMPILE)$(CC) $(CFLAGS) $(SOURCES) -o $(APP)

clean:
    -rm -f $(APP)

.PHONY: default clean

注意，我添加了-static选项，以防使用Android等。如果您的发行版有固定的libc，您可能可以删除该标志以减小结果二进制文件的大小。

构建用户空间应用程序

准备shell环境(Linux工具链)：

$ export PATH=/opt/gcc-linaro-5.1-2015.08-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin:$PATH
$ export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

构建应用程序：

$ make

输出二进制是perfcnt_test。

测试

1. 上传内核模块和用户空间应用程序到您的董事会。
2. 加载模块:insmod perfcnt_enable.ko
3. 运行应用程序：./perfcnt_test