26 мая 2018

Кравченко Виктор

Raspberry Pi 3: Model B+ vs Model B — сравнительное тестирование

Радиотехника и электроника Цифровые устройства Умный дом Raspberry

Linux, Raspberry, Model B, Pi 3, Raspbian, New Model B+, 2018, test

01

На заметку:

У данной статьи есть видеоверсия!

Подписывайтесь на канал

, чтобы быть в курсе обновлений!

02

Введение

В сравнительном тестировании будут использоваться две платы — Raspberry Pi 3 Model B (2016) и Raspberry Pi 3 Model B+ (2018).

03

Все тесты исполняются на платах «как есть», из коробки — без корпусов, радиаторов или иных источников активного охлаждения. В обоих экземплярах используются две одинаковые флешкарты MicroSDHC Sony SR-16UYV 16Gb 10Class. На обеих флешках развернут образ Raspbian Stretch With Desktop 4.9 (release 2018-04-18, с поддержкой Model B+). Блок питания 5В/2,5А.

07

Запуск системы

В данном сравнении будут интересны два показателя — первый и второй запуск.

08

Результаты:

09

Преимущество новой RPi B+ не так очевидно, особенно учитывая незначительность и непринципиальность показателя «Первый запуск»

10

Вычисление числа π, с различным количеством знаков после запятой

Данное сравнение демонстрирует, насколько быстро происходит вычисление количества знаков после запятой числа π (пи).

11

Результаты:

12

13

Как повторить тест?Для вычисления числа π, используется калькулятор bc (англ. Basic Calculator). Перед использованием его необходимо установить:

bc (англ. basic calculator) — интерактивный интерпретатор Си-подобного языка, позволяет выполнять вычисления с произвольно заданной точностью.

14

1

sudo apt-get install bc

15

Команда вычисления числа π (пи):

16

1

time echo "scale=10000; 4*a(1)" | bc -l

17

Где:

time — по завершении расчета выводит информацию о затраченном времени
scale=10000 — точность, количество знаков после запятой — в данном случае 1000
4*a(1) — выражение для расчета числа пи — арктангенс числа 1 умножается на 4 (функция a() вычисляет арктангенс, $arctan(1)=45°={π\over4}$)
bc -l — параметр -l указывает на использование стандартной библиотеки математических функций

18

Тестирование производится при помощи скрипта getpi.sh, поочередно запускающего расчет числа π, с возрастающей точностью:

19

1
2
3
4
5
6
7

#!/bin/bash for scale in 10 100 1000 10000 do time echo "scale=$scale; 4*a(1)" | bc -l echo "________________" echo "" done

getpi.sh

20

Запуск скрипта:

21

1

bash getpi.sh

22

На заметку:

Для вызова скрипта напрямую (без bash), скрипту нужно назначить права на исполнение:

1

sudo chmod +x /home/pi/getpi.sh

Для интерактивной задачи точности расчета, можно использовать следующий вариант скрипта:

1
2

#!/bin/bash time echo "scale=$1; 4*a(1)" | bc -l

Пример вызова скрипта (после назначения прав на исполнение) с точностью 10000 знаков после запятой:

1

/home/pi/getpi.sh 10000

или

1

./getpi.sh 10000

23

Пропускная способность Ethernet и Wi-Fi (2,4 ГГц)

Тестирование пропускной способности гигабитного Ethernet over USB производится при помощи утилиты iperf3. Для подключения по Ethernet, Windows-ПК оснащен гигабитным сетевым PCI-адаптером TP-Link TG-3269.

Сетевая PCI-карта TP-Link TG-3269

24

Малинка подключена по витой паре напрямую к ПК, минуя роутеры и свитчи. При копировании по SCP инициатором копирования выступает Raspberry Pi 3, при копировании при помощи FileZilla инициатором выступает Windows-ПК:

25

26

В тестировании пропускной способности по Wi-Fi (2,4 ГГц) Малинка является единственным Wi-Fi-клиентом в сети:

27

28

Результаты:

29

Ограничения USB, поверх которого реализован гигабитный Ethernet оказывают влияние на максимальную скорость

30

31

Как повторить тест?В первую очередь необходимо установить утилиту iperf3 на Малинку:

32

1

sudo apt-get install iperf3 -y

33

И скачать версию утилиты iperf3 для Windows.

34

На заметку:

Для получения основных параметров Wi-Fi-сети можно выполнить команду:

1

iwconfig

Разница в значениях показателей приведена в таблице:

Для отключения режима управления питанием Wi-Fi, необходимо выполнить команду:

1

sudo iwconfig wlan0 power off

Вернуть обратно:

1

sudo iwconfig wlan0 power on

35

Для запуска утилиты в Windows необходимо в командной строке запустить файл ipref3.exe с параметрами. Для запуска сервера:

36

1

iperf3.exe -s

37

Для запуска клиента (необходимо указывать IP-адрес сервера):

38

1

iperf3.exe -c 192.168.0.49

39

Таким образом, если Windows-ПК (192.168.0.49) выступает сервером, а Raspberry Pi (192.168.0.98) выступает клиентом, то необходимо выполнить следующие команды:

40

1
2
3
4
5

# на Windows-ПК: iperf3.exe -s # на Raspberry Pi iperf3 -c 192.168.0.49

41

Если наоборот — Raspberry Pi сервер и Windows-ПК клиент, то:

42

1
2
3
4
5

# на Raspberry Pi iperf3 -s # на Windows-ПК: iperf3.exe -c 192.168.0.98

43

44

Копирование файлов по сети — Ethernet

Показатель пропускной способности является номинальным показателем и не дает представления о скорости исполнения реальных задач.

45

Тестирование скорости обмена данными по сети осуществляется на задаче копирования файлов. Файл копируется с Raspberry Pi 3 на Windows-ПК и обратно — с Windows-ПК на Raspberry Pi 3. SSH-сервер развернут на Windows-ПК.

46

Результаты:

47

48

Как повторить тест?SCP с FreeSSHd. В данном примере копирование осуществляется с Raspberry Pi на Windows-компьютер и обратно по протоколу SCP, при помощи одноименной утилиты.

SCP (от англ. secure copy) — протокол особого копирования файлов, использующий в качестве транспорта SSH.

49

Важно:

Для копирования файлов с использованием SSH, он должен быть включен. Сделать это можно двумя путями:

Кнопка ПУСК → Preferences → Raspberry Pi Configuration, вкладка Interfaces, SSH → Enabled
Выполнить в терминале команду sudo raspi-config. В появившемся окне выбрать Interfacing Options → SSH.

50

Для этого на Windows-компьютере необходимо запустить SSH-сервер, например, FreeSSHd. В конце установки, необходимо сгенерировать ключи:

51

52

Отменить запуск сервера как службы:

53

54

Далее, вызвав контекстное меню, щелкнув на значке в области уведомлений, нужно завершить работу сервера, и запустить его с правами администратора. Это необходимо для того, чтобы FreeSSHd мог сохранять все изменяемые параметры.

55

56

57

После открытия окна, зеленая галочка будет свидетельствовать об успешном запуске SSH-сервера.

58

59

Далее на вкладке Users остается создать пользователя, под данными которого будет осуществляться копирование:

60

61

62

И изменить папку по умолчанию, в которую будет осуществляться копирование (по умолчанию, шаблон $HOME\ соответствует папке C:\Users\User):

63

64

Теперь для копирования файла с Raspberry Pi на Windows-компьютер, в терминале Малинки нужно выполнить команду:

65

1

scp /home/pi/Videos/movie.avi user@192.168.0.50:movie.avi

66

67

Для копирования в обратную сторону выполняется следующая команда:

68

1

scp user@192.168.0.50:movie.avi /home/pi/Videos/movie.avi

69

Как повторить тест?SFTP с FileZilla. В данном примере копирование осуществляется с Raspberry Pi на Windows-компьютер и обратно по протоколу SFTP, при помощи файлового менеджера FileZilla для Windows. Инициатором копирования, вне зависимости от направления, выступает Windows-ПК.

70

После установки и запуска FileZilla, вызывается Менеджер сайтов:

71

72

Вводятся параметры подключения: IP-адрес Малинки, протокол и данные пользователя (по умолчанию, логин: pi, пароль: raspberry)

73

74

После соединения, можно осуществлять операции копирования:

75

76

Температура и частота процессора

Цель данного теста — продемонстрировать разницу в алгоритмах управления работой процессора в условиях максимальной загруженности, без охлаждения — троттлинг, при превышении максимально допустимой температуры.

Троттлинг (англ. throttling, пропуск тактов) — механизм пропуска части машинных тактов (циклов) в цифровой электронике с целью в том числе и защиты процессора, от термического повреждения при перегреве.

77

Результаты:

79

Результаты раздельно:

80

Raspberry Pi 3 Model B (2016)

Raspberry Pi 3 Model B+ (2018)

81

Как повторить тест?Для тестирования процессора под нагрузкой используется утилита sysbench, которую нужно предварительно установить:

Исходники утилиты sysbench на GitHub — https://github.com/akopytov/sysbench

Мануал — sysbench-manual.pdf

82

1

sudo apt-get install sysbench

83

Для умышленного повышения температуры процессора используется Bash-скрипт, максимально нагружающий все ядра (4 потока):

84

1
2
3
4
5

#!/bin/bash for((i=1;i<=10;i++)) do sysbench --num-threads=4 --test=cpu --cpu-max-prime=20000 --validate run done

test_temp.sh

85

Скрипт запускается командой bash (а не sh):

86

1

bash test_temp.sh

87

Для сохранения и отображения данных, используется скрипт на Python. За отображение графика температуры отвечает библиотека Matplotlib, которую нужно установить перед использованием:

88

1

sudo apt-get install python3-matplotlib

89

Скрипт основан на вызове утилиты vcgencmd с параметром измерения температуры чипа — measure_temp (о прочих параметрах утилиты vcgencmd можно почитать здесь):

90

1

vcgencmd measure_temp

91

92

На заметку:

Данный способ получения температуры используется в модернизации обычной активной системы охлаждения в умную:

93

Актуальная частота также запрашивается через утилиту vcgencmd, но уже с параметром measure_clock arm:

94

1

vcgencmd measure_clock arm

95

96

Содержимое скрипта measure_temp_freq.py:

97

Python

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

from subprocess import check_output # Импортируем библиотеку по работе с внешними подпроцессами from time import sleep, strftime, time # Импортируем библиотеку для работы со временем import matplotlib.pyplot as plt # Импортируем библиотеку Matplotlib для построения графиков from re import findall # Импортируем библиотеку по работе с регулярными выражениями plt.ion() # Инициализируем x = [] y = [] def get_temp(): temp = check_output(["vcgencmd","measure_temp"]).decode() # Выполняем запрос температуры temp = float(findall('\d+\.\d+', temp)[0]) # Извлекаем при помощи RE значение температуры из строки "temp=47.8'C" return(temp) # Возвращаем результат def get_freq(): freq = check_output(["vcgencmd","measure_clock arm"]).decode() # Выполняем запрос частоты freq = int(findall('\d+', freq)[1])/1000000 # Извлекаем при помощи RE значение частоты return(freq) # Возвращаем результат def write_temp_freq(temp, freq): # Функция записи значений температуры и частоты в файл with open("cpu_temp_freq.csv", "a") as log: log.write("{0}\t{1}\t{2}\n".format(strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),str(temp).replace(".",","),str(freq).replace(".",","))) def graph(temp): # Функция отображения данных на графике y.append(temp) x.append(time()) plt.clf() plt.scatter(x,y) plt.plot(x,y) plt.draw() while True: # Бесконечный цикл запроса температуры temp = get_temp() # Получаем значение температуры freq = get_freq() # Получаем значение температуры write_temp_freq(temp, freq) # Записываем полученную температуру в файл #graph(temp) # Отображаем температуру на графике print(temp, "°C, ", freq, "MHz") # Выводим температуру в консоль sleep(1) # Ждем 1 секунду

measure_temp_freq.py

98

Сначала из оболочки Shell запускается скрипт measure_temp_freq.py, а затем в терминале запускается на выполнение скрипт test_temp.sh.

99

На заметку:

Скетч, позволяющий динамически выводить график температуры/частоты во время выполнения тестов при помощи библиотеки Matplotlib (также нагружает процессор и искажает результаты) — measure_temp_freq_only_graph.py (4,47 KB):

100

Тестирование процессора (CPU)

Процессор тестируется также при помощи утилиты sysbench, используя вычисления с 64-разрядными числами.

101

Результаты:

102

103

Как повторить тест?Для замеров скорости процессора используется та же команда, которая использовалась при исследовании троттлинга процессора, за тем лишь исключением, что выполняется с задействованием одного ядра:

104

1

sysbench --test=cpu --cpu-max-prime=10000 run

105

Тестирование оперативной памяти

Оперативная память тестируется также при помощи утилиты sysbench. Здесь измеряется производительность последовательных операций чтения/записи в оперативную память.

106

Результаты:

107

108

Как повторить тест? Тест выполняется до тех пор, пока в выделенный буфер памяти не будет записан/считан объем, передаваемый в параметре --memory-total-size — 2 Гб:

109

1

sysbench --test=memory --memory-total-size=2G run

110

Тестирование скорости чтения/записи файловой системы

Здесь используется тест sysbench.

111

Результаты:

112

113

Как повторить тест?При подготовке теста создаются рабочие файлы заданного суммарного размера (10 Мб):

114

1

sysbench --test=fileio --file-total-size=10M --file-test-mode=rndrw prepare

115

Далее запускается непосредственно тест — осуществляются операции чтения/записи:

116

1

sysbench --test=fileio --file-total-size=10M --file-test-mode=rndrw run

117

Удаление рабочих файлов, созданных на этапе подготовке теста:

118

1

sysbench --test=fileio --file-total-size=10M --file-test-mode=rndrw cleanup

119

Графика

Замеры производительности в графических задачах производятся при помощи пакета GeeXLab на следующих демках:

vertex_pool_particles
sphere_env_mapping
texture_mapping

120

Результаты:

121

122

Как повторить тест?Скачать архив с пакетом GeeXLab (по умолчанию, в папку /home/pi/):

123

1

wget http://geeks3d.com/dl/get/505 -O GeeXLab.zip

124

И распаковать скачанный ZIP-архив:

125

1

unzip GeeXLab.zip

126

Для удобства можно переименовать распакованную папку GeeXLab_FREE_rpi_gl21 в более лаконичную и удобную GeeXLab:

127

1

mv GeeXLab_FREE_rpi_gl21 GeeXLab

128

Далее, в терминале вызвать окно настроек:

129

1

sudo raspi-config

130

В разделе Advanced Options → GL Driver включить использование OpenGL — GL (Full KMS) и перезагрузить Малинку.

131

После перезагрузки, для проверки, в оконном интерфейсе двойным щелчком запустить файл GeeXLab (и выбрать Execute) в папке /home/pi/GeeXLab:

132

133

В появившемся окне в поле GL_VERSION должна стоять версия 2.1:

134

135

Теперь, из терминала нужно перейти в папку с GeeXlab (/home/pi/GeeXLab):

136

1

cd /home/pi/GeeXLab

137

В файле demo.sh, открыв его в любом текстовом редакторе:

138

1

sudo nano demo.sh

139

Закомментировать строку:

140

1

./GeeXLab /demofile=\"./demos/gear/main.xml\"

141

И раскомментировать строку с той демкой, которую планируется запускать:

142

1
2
3
4
5

#./GeeXLab /demofile=\"./demos/vertex_pool_particles/demo_sphere_gl21.xml\" # или #./GeeXLab /demofile=\"./demos/sphere_env_mapping/demo_gl21.xml\" # или #./GeeXLab /demofile=\"./demos/texture_mapping/textured_quad_gl21.xml\"

143

Запускать демку можно следующей командой:

144

1

sh ./demo.sh

145

146

147

148

Python и GPIO

Данный тест показывает скорость переключения состояния пинов GPIO заданное количество раз.

149

Результаты:

150

Время исполнения в миллисекундах

151

Как повторить тест?Для повторения теста необходимо запустить следующий скетч на Python:

152

Python

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

import RPi.GPIO as GPIO # Импортируем библиотеку по работе с GPIO from datetime import datetime, timedelta # Импортируем библиотеку для работы со временем try: pin = 5 # Переменная с номером пина GPIO.setmode(GPIO.BCM) # Устанавливаем режим нумерации пинов GPIO.setup(pin, GPIO.OUT, initial=1)# Инициализируем пин alltime = 0 # Переменная для вычисления среднего времени выполнения одного замера for k in range(0,10): # Переменная количества замеров i = 0 now = datetime.now() # Фиксируем время начала for i in range(0,1000000): # Переменная количества итераций в одном замере GPIO.output(pin, GPIO.HIGH) # Переключаем пин в HIGH GPIO.output(pin, GPIO.LOW) # Переключаем пин в LOW delta = (datetime.now() - now) # Получаем разницу во времени delay = (delta.total_seconds()*1000) # Получаем время исполнения одного цикла в мс alltime += delay print(delay) # Выводим полученное время k+=1 print("Среднее значение: " + str(round(alltime/10,2)) + " мс") # Выводим среднее время одного замера finally: GPIO.cleanup() # Возвращаем пины в исходное состояние print("End of program") # Информируем о завершении работы программы

test_python_GPIO.py

153

В скетче 10 раз запускается цикл по 1000000 полной смене состояния одного пина, вычисляется среднее время выполнения каждого цикла и, в завершение, в консоль выводится расчитанное среднее время в мс, затрачиваемое на выполнение одного цикла.

154

Энергопотребление

Для замеров энергопотребления используется USB-мультиметр. Замеры проводятся в состоянии покоя и в состоянии максимальной загруженности 4 ядер, во время исполнения утилиты sysbench из раздела о троттлинге.

155