來源：轉(zhuǎn)載自21ic論壇極海半導(dǎo)體專區(qū)

1、前言

APM32F411是一款基于32位Arm Cortex-M4F內(nèi)核的微控制器。硬件FPU是Arm Cortex-M4F的一大優(yōu)勢(shì)。合理應(yīng)用硬件FPU可以大大縮短運(yùn)算時(shí)間。

2、如何開啟硬件FPU

在system_apm32f4xx.c文件的SystemInit()函數(shù)里，有下圖所示語句：

當(dāng)__FPU_PRESENT（是否帶有FPU）和__FPU_USED（是否開啟FPU）都為1時(shí)，硬件FPU才算成功開啟。

從M4權(quán)威指南手冊(cè)可以查到，SCB->CPACR的寄存器信息如下圖所示：

實(shí)際應(yīng)用中，CP10和CP11一般都設(shè)置為11。

KEIL軟件提供了一個(gè)非常方便的開啟硬件FPU功能選項(xiàng)。如下圖所示，點(diǎn)擊KEIL的“魔法棒”菜單?！癟arget”界面中的“Floating Point Hardware”選項(xiàng)選擇“Single Precision”。點(diǎn)擊“OK”，完成硬件FPU開啟。

3、測(cè)試

通過實(shí)例測(cè)試，感受一下硬件FPU的運(yùn)算速度。根據(jù)極海官網(wǎng)APM32F4xx_SDK_V1.4的的GPIO_Toggle例程修改，APM32F411系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為100MHz。

3.1 開啟和不開啟FPU測(cè)試

部分測(cè)試代碼，如下圖所示。主函數(shù)包括兩個(gè)函數(shù)：LED2（PE6）引腳翻轉(zhuǎn)函數(shù)和測(cè)試函數(shù)。測(cè)試函數(shù)主要內(nèi)容是重復(fù)執(zhí)行200次data_b = data_a * 3.14159的乘法運(yùn)算。

通過邏輯分析儀抓取PE6的高低電平，評(píng)估代碼執(zhí)行時(shí)間。

不開啟硬件FPU的IO翻轉(zhuǎn)時(shí)間約207.56us，如下圖所示。

開啟硬件FPU的IO翻轉(zhuǎn)時(shí)間約218.64us，如下圖所示。

什么情況？開啟硬件FPU的運(yùn)算時(shí)間居然比不開啟硬件FPU的運(yùn)算時(shí)間要慢。

很多人使用M4/M4F產(chǎn)品，往往會(huì)忽略一個(gè)細(xì)節(jié)。參與運(yùn)算的浮點(diǎn)型常量3.14159在C語言中默認(rèn)是double類型常量。M4/M4F的硬件FPU只對(duì)單精度浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算加速。所以，對(duì)double類型浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算無效。

為什么開啟硬件FPU的運(yùn)算時(shí)間比不開啟硬件FPU的運(yùn)算時(shí)間要慢？我們從匯編代碼可以看出，同樣的一條乘法運(yùn)算語句，不開啟硬件FPU計(jì)算需要10816 - 10627 = 189個(gè)機(jī)器周期，開啟硬件FPU計(jì)算需要10883 - 10692 = 191個(gè)機(jī)器周期，差了2個(gè)機(jī)器周期。

不開啟硬件FPU的乘法運(yùn)算匯編代碼及機(jī)器周期數(shù)如下圖所示：

開啟硬件FPU的乘法運(yùn)算匯編代碼及機(jī)器周期數(shù)如下圖所示：

3.2 浮點(diǎn)型常量都加f后綴，開啟和不開啟FPU測(cè)試。

float類型數(shù)值取值范圍是

-3.402823466×1038~3.402823466×1038，可以滿足大部分應(yīng)用。測(cè)試代碼的浮點(diǎn)型常量加上后綴f，其他內(nèi)容與3.1章節(jié)一致，如下圖所示。

不開啟硬件FPU的IO翻轉(zhuǎn)時(shí)間約73.48us，如下圖所示。

開啟硬件FPU的IO翻轉(zhuǎn)時(shí)間約16.4us，如下圖所示。

這才是我們想要的效果。從匯編代碼對(duì)比，同樣的一條乘法運(yùn)算語句，不開啟硬件FPU計(jì)算需要10737 - 10677 = 60個(gè)機(jī)器周期，開啟硬件FPU計(jì)算需要11176 - 11165 = 11個(gè)機(jī)器周期，差了49個(gè)機(jī)器周期。

不開啟硬件FPU的乘法運(yùn)算匯編代碼及機(jī)器周期數(shù)，如下圖所示：

開啟硬件FPU的乘法運(yùn)算匯編代碼及機(jī)器周期數(shù)，如下圖所示：

4、結(jié)論

測(cè)試結(jié)果如下表所示

計(jì)算沒有超出float類型數(shù)值取值范圍的情況，建議浮點(diǎn)型常量都加上后綴f，可以縮短運(yùn)算時(shí)間。如果沒有float類型數(shù)值運(yùn)算，可以不開啟硬件FPU。

對(duì)于float類型數(shù)值運(yùn)算，建議開啟硬件FPU，可以大大縮短運(yùn)算時(shí)間。比如，該例程的語句乘法運(yùn)算，開啟硬件FPU的運(yùn)算比未開啟硬件FPU的運(yùn)算少了49個(gè)機(jī)器周期數(shù)，運(yùn)算時(shí)間提升約81.67%。

注：文章作者在原帖中提供了例程文件，有需要請(qǐng)至原文21ic論壇下載

原文地址：https://bbs.21ic.com/icview-3329150-1-1.html