Hårdvaruarkitektur i Raspberry Pi 1

På många hemsidor kan man läsa om att Raspberry Pi har en teoretisk busshastighet på 60MB/s. Detta är en väldigt grov förenkling som är baserad på att Raspberry Pi har en USB 2.0-kanal, denna är på 480mbit = 60MB/s.

Tittar man i dokumentationen står det så här;
The bus interface provides high bandwidth connections between the processor, second level caches, on-chip RAM, peripherals, and interfaces to external memory.

There are separate bus interfaces for:
*instruction fetch, 64-bit data
*data read/write, 64-bit data
*peripheral access, 32-bit data
*DMA, 64-bit data.

Bus clock speeds
The bus interface ports operate synchronously to the CPU clock if IEM is not implemented.

Huruvida IEM är implementerat på Raspberry Pi vågar jag inte svara på, men jag gissar på att det inte är det. Man har velat hålla priset så lågt som möjligt och det finns många rapporter på att de som överklockat sin Pi fått datakorruption.

Utgår man från att IEM är av, kan man dra följande slutsats;

Bussen mot ram är
5600MB/s = 700MHz * 64 bitar / 8 bitar

Bussen mot peripheral är
2800MB/s = 700MHz * 64 bitar / 8 bitar

De peripherals som Raspberryn har är GPIO-portar, SD-kortsläsare, USB och nätverk.

pi@raspberrypi ~ $ lsusb -t
/: Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=dwc_otg/1p, 480M
|__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=hub, Driver=hub/3p, 480M
|__ Port 1: Dev 3, If 0, Class=vend., Driver=smsc95xx, 480M

Här kan vi se att det finns en intern USB-port i Raspberryn, denna delas sedan med ett kombinerat USB-hubb och nätverkschipp. Nätverkschippet sitter alltså anslutet på en USB-hubb som i sin tur sitter ansluten i den enda USB-porten. Detta förklarar varför den billiga Raspberry-modellen utan nätverk bara har en USB-port.

Den totala USB-bandbredden är 480mbit, vilket ger 60MB i teorin. I praktiken är teoretisk USB-throughput runt 53MB/s, men implementationerna är oftast så mycket sämre att man inte ska förvänta sig mer än runt ~30MB/s. Läs mer om detta här: http://electronics.stackexchange.com/questions/24700/why-are-usb-devices-slower-than-480-mbit-s


Raspberryn har ett minneschip anslutet. Detta är LPDDR2 från antingen Hynix eller Samsung och kör som standard 400MHz.
Båda modellerna av minnen är specade till 400MHz och 32bitar

3200MB/s = 800MHz * 32 bitar / 8 bitar

Detta resultat kan även verifieras mot följande benchmark:
https://panthema.net/2013/pmbw/RaspberryPi-ModelB/
Här är den sekventiella topprestandan som går att få ut ~1.17GB/s.
Tittar man på memset i tinymembench får man liknande siffror.

Dessa siffror tyder på en väldigt låg effektivitet på runt 35%.



Hynix: H9TKNNN4GDMP LRNDM 800MHz (400MHz)
http://www.hynix.com/inc/pdfDownload.jsp?path=/datasheet/Databook/Databook_MobileMemory.pdf

Samsung: K4P4G324EB-AGC1
http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/html/common/file/support/part_number_decoder/Mobile_SDR_DDR_code.pdf

https://panthema.net/2013/pmbw/RaspberryPi-ModelB/
http://www.memetic.org/raspberry-pi-overclocking/
http://elinux.org/RPiconfig#Overclocking_options
http://www.petervis.com/Raspberry_PI/Raspberry_Pi_Model_B_512MB_RAM_Revision_2/K4P4G324EB.html


http://www.irongeek.com/i.php?page=security/svartkast-pogoplug-dropbox


Jag jämför tre system, ett Core 2 Duo med dualchannel, ett Atomsystem med single channel, samt en överklockad Raspberry.

Tittar vi på tiny membench sedan ser vi att skillnaden är långt mycket större än så.
Oftast har Raspberry Pi runt en tiondel av C2D-maskinen kan få ut.

För memset kan man se att Raspberryn når upp en effektivitet på ~18% medan C2D-systemet når runt ~40% och Atomsystemet drygt 55%.

C2D - DDR2 667MHz, 128bit - 10.6GB/s
C copy backwards : 1420.2 MB/s (1.3%)
C copy : 1413.9 MB/s (0.9%)
C copy prefetched (32 bytes step) : 1425.8 MB/s (1.0%)
C copy prefetched (64 bytes step) : 1432.0 MB/s (1.5%)
C 2-pass copy : 1309.2 MB/s (3.4%)
C 2-pass copy prefetched (32 bytes step) : 1359.3 MB/s
C 2-pass copy prefetched (64 bytes step) : 1365.6 MB/s (1.9%)
C fill : 1932.5 MB/s (2.2%)
---
standard memcpy : 2067.2 MB/s (1.0%)
standard memset : 4125.7 MB/s (0.5%)

RPi DDR2 1000MHz, 32bit, - 4GB/s
C copy backwards : 92.4 MB/s (7.1%)
C copy : 131.7 MB/s (6.4%)
C copy prefetched (32 bytes step) : 187.3 MB/s (10.2%)
C copy prefetched (64 bytes step) : 188.4 MB/s (1.4%)
C 2-pass copy : 115.0 MB/s (13.6%)
C 2-pass copy prefetched (32 bytes step) : 133.7 MB/s (8.8%)
C 2-pass copy prefetched (64 bytes step) : 146.3 MB/s (8.6%)
C fill : 450.3 MB/s (1.5%)
---
standard memcpy : 205.0 MB/s (3.0%)
standard memset : 721.3 MB/s (1.8%)

Atom N450 DDR2 667MHz, 64bit - 5.3GB/s
C copy backwards : 1186.6 MB/s
C copy : 1183.7 MB/s
C copy prefetched (32 bytes step) : 1015.0 MB/s
C copy prefetched (64 bytes step) : 1014.8 MB/s
C 2-pass copy : 1203.6 MB/s
C 2-pass copy prefetched (32 bytes step) : 898.5 MB/s
C 2-pass copy prefetched (64 bytes step) : 898.4 MB/s
C fill : 1520.9 MB/s (0.2%)
---
standard memcpy : 1670.0 MB/s (0.3%)
standard memset : 3028.3 MB/s



http://code.google.com/p/flashfire/