NiosⅡとuClinuxによる ベンチマーク評価

第7章
第 2 部　実装編
FPGA使用率や動作周波数などハードウェアの比較から各種ベンチマークの測定まで
Nios Ⅱと uClinux による
ベンチマーク評価
福島 雅史，浅井 剛
Altera 社が提供する，Nios Ⅱソフト CPU コアにも MMU を実装できるようになっている．ここでは MMU
を実装しない Nios Ⅱ上に uClinux を走らせ，性能の比較を行う．ベンチマークには，無償で提供されている
MiBench，Dhrystone，Whetstone を使用した．
（編集部）
Nios Ⅱ /e は性 能よりもコストを重 視したもので， 逆に
1．Nios Ⅱのハードウェア
Nios Ⅱ /f では性 能が重 視されています．Nios Ⅱ /f では，
MMU（Memory Management Unit），MPU（Memory
● Nios Ⅱの概要
Protection Unit）もサポートされているので，通常の Linux
Nios Ⅱは Altera 社から提供されているソフト・コア CPU
も動作できるようになりました．
で，FPGA 上に実装されて動作します．Nios Ⅱは Economy，
なお，Altera 社が提供している統合開発ツール（Quartus
Standard，Fast の 3 種類があり，FPGA の使用領域と CPU
Ⅱ）のv9.1以降からは，NiosⅡ/eが無償で提供されています．
性能に合わせて選択できるようになっています（以下，Nios
● 使用するターゲット・ボードとハードウェアの準備
Ⅱ /e，Nios Ⅱ /s，Nios Ⅱ /f と表記）
．表 1 に，それぞれの
本稿では，ターゲット・ボードとして Nios Ⅱ開発キット
比較を示します．
Stratix Professional Edition に付属する FPGA ボードを使
性　能
機　能
Nios Ⅱ /e
Nios Ⅱ /s
Nios Ⅱ /f
DMIPS/MHz
0.15
0.74
1.16
DMIPS
31
127
218
最高動作クロック（MHz）
200
165
185
MMU，MPU なし
1800LEs 以下
900ALMs 以下
700LEs 以下
350ALMs 以下
領　域
1400LEs 以下
700ALMs 以下
MMU あり
3000LEs 以下
1500ALMs 以下
MPU あり
2400LEs 以下
1200ALMs 以下
パイプライン（段）
1
5
外部アドレス空間
バス
論理演算
ユニット
表 1　Nios Ⅱ プ ロ セ ッ
サ・コアの比較
6
MMU なし　2G バイト
MMU あり　4G バイト
2G バイト
キャッシュ
なし
命令キャッシュのみ
命令キャッシュ，データ・キャッシュ
メモリ・アクセスの
パイプライン化
なし
あり
あり
分岐予測
なし
静的
動的
ハードウェア乗算
なし
3 サイクル
1 サイクル
ハードウェア除算
シフタ
なし
オプション
1 ビット当たり
1 サイクル
3 サイクル・シフト
1 サイクル・バレル・シフタ
Memory Management Unit
なし
Memory Protection Unit
なし
オプション
なし（スーパーバイザ・モードに固定）
あり（MMU または MPU 使用時）
ユーザ・モードのサポート
Mar. 2012
オプション
NiosⅡ，ベンチマーク，MiBench，Dhrystone，Whetstone
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