STM32F4的FPU性能的設(shè)置及要點(diǎn)

除了網(wǎng)上的教程外，還要特別注意，當(dāng)運(yùn)算中有浮點(diǎn)的數(shù)字時(shí)要把，數(shù)字后面加上一個(gè)f。例如表達(dá)式中有4.321參與運(yùn)算。。當(dāng)你不在4.321后加f時(shí)，stm32F405的片子不知道把他當(dāng)做單精度float用FPU來運(yùn)算，，默認(rèn)可能是當(dāng)做double來運(yùn)算（我不確定），運(yùn)算速度還是很慢。。切記所有浮點(diǎn)數(shù)字后面加上f，，，，有時(shí)候keil會(huì)提示warning： #1035-D： single-precision operand implicitly converted to double-precision 這句話的意思就是單精度運(yùn)算隱式轉(zhuǎn)換成了雙精度運(yùn)算了。這個(gè)時(shí)候就要在單精度數(shù)字后面加個(gè)f

keilmdk的設(shè)置中完整的define是USE_STDPERIPH_DRIVER，STM32F4XX，__FPU_PRESENT=1，__FPU_USED =1，ARM_MATH_CM4，__CC_ARM

要在MDK中有個(gè)選項(xiàng)設(shè)置 usr FPU

STM32F4之FPU性能的充分發(fā)揮-設(shè)置要點(diǎn)

浮點(diǎn)運(yùn)算一直是定點(diǎn)CPU的難題，比如一個(gè)簡單的1.1+1.1，定點(diǎn)CPU必須要按照IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)的算法來完成運(yùn)算，對(duì)于8位單片機(jī)來說已經(jīng)完全是噩夢(mèng)，對(duì)32為單片機(jī)來說也不會(huì)有多大改善。雖然將浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行Q化處理能充分發(fā)揮32位單片機(jī)的運(yùn)算性能，但是精度受到限制而不會(huì)太高。對(duì)于有FPU（浮點(diǎn)運(yùn)算單元）的單片機(jī)或者CPU來說，浮點(diǎn)加法只是幾條指令的事情。

現(xiàn)在又FPU或者硬件浮點(diǎn)運(yùn)算能力的主要有高端DSP（比如TI F28335/C6000/DM6XX/OMAP等），通用CPU（X87數(shù)學(xué)協(xié)處理器）和高級(jí)的ARM+DSP處理器等。

STM32-F4屬于Cortex-M4F構(gòu)架，這和M0、M3的最大不同就是多了一個(gè)F-float，即支持浮點(diǎn)指令集，因此在處理數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)能比M0/M3高出數(shù)十倍甚至上百倍的性能，但是要充分發(fā)揮FPU的數(shù)學(xué)性能，還需要一些小小的設(shè)置：

1.編譯控制選項(xiàng)：雖然STM32F4XX固件庫的例程之system_stm32f4XXX.c文件中添加了對(duì)應(yīng)的代碼，但給用戶評(píng)估使用的STM32F4-Discovery例程中卻沒有，因此MDK4.23編寫浮點(diǎn)運(yùn)算程序時(shí)，雖然編譯器正確產(chǎn)生了V指令來進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，但是因?yàn)閟ystem_stm32f4XXX.c文件沒有啟用FPU，因此CPU執(zhí)行時(shí)只認(rèn)為是遇到非法指令而跳轉(zhuǎn)到HardFault_Handler（）中斷中原地踏步。因此要保證這個(gè)錯(cuò)誤不發(fā)生，必須要在system_init（）函數(shù)里面添加如下代碼：

#if （__FPU_PRESENT == 1） && （__FPU_USED == 1）

SCB-》CPACR |= （（3UL 《《 10*2）|（3UL 《《 11*2））;

#endif

因?yàn)檫@個(gè)選項(xiàng)是有條件編譯控制的，因此需要在工程選項(xiàng)（Project-》Options for target “XXXX”）中的C/C++選項(xiàng)卡的Define中加入如下的語句：__FPU_PRESENT=1，__FPU_USED =1。這樣編譯時(shí)就加入了啟動(dòng)FPU的代碼，CPU也就能正確高效的使用FPU進(jìn)行簡單的加減乘除了。

但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)于復(fù)雜運(yùn)算，比如三角函數(shù)，開方等運(yùn)算，如果編程時(shí)還是使用math.h頭文件，那是沒法提升效率的：因?yàn)閙ath.h頭文件是針對(duì)所有ARM處理器的，其運(yùn)算函數(shù)都是基于定點(diǎn)CPU和標(biāo)準(zhǔn)算法（IEEE-754），并沒有預(yù)見使用FPU的情況，需要很多指令和復(fù)雜的過程才能完成運(yùn)算，也就增加了運(yùn)算時(shí)間。因此要充分發(fā)揮M4F的浮點(diǎn)功能，就需要使用固件庫自帶的arm_math.h，這個(gè)文件根據(jù)編譯控制項(xiàng)（__FPU_USED == 1）來決定是使用那一種函數(shù)方法：如果沒有使用FPU，那就調(diào)用keil的標(biāo)準(zhǔn)math.h頭文件中定義的函數(shù)；如果使用了FPU，那就是用固件庫自帶的優(yōu)化函數(shù)來解決問題。

在arm_math的開頭部分是有這些編譯控制信息：

#ifndef _ARM_MATH_H

#define _ARM_MATH_H

#define __CMSIS_GENERIC

#if defined （ARM_MATH_CM4）

#include “core_cm4.h”

#elif defined （ARM_MATH_CM3）

#include “core_cm3.h”

#elif defined （ARM_MATH_CM0）

#include “core_cm0.h”

#else

#include “ARMCM4.h”

#warning “Define either ARM_MATH_CM4 OR ARM_MATH_CM3.。.By Default building on ARM_MATH_CM4.。..?！?/p>

#endif

#undef__CMSIS_GENERIC

#include “string.h”

#include “math.h”

就是說如果不使用CMSIS的，就會(huì)調(diào)用keil自帶的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)。否則就用CMSIS的定義。這里因?yàn)槭怯玫腟TM32F4，所以應(yīng)該要ARM_MATH_CM4控制，即加入core_cm4.h，否則就用使用ARMCM4.h——但在編譯時(shí)keil會(huì)提示找不到這文件。因此需要在工程選項(xiàng)之C/C++選項(xiàng)卡的define中繼續(xù)加入語句ARM_MATH_CM4。

加入上述編譯控制項(xiàng)之后，高級(jí)數(shù)學(xué)函數(shù)的使用基本沒問題了，比如正余弦三角函數(shù)的計(jì)算。但需要注意，如果你直接使用sin（）、cos（）、sqrt（）這樣的函數(shù)，那結(jié)果還算調(diào)用keil的math.h，你可以在debug時(shí)看對(duì)應(yīng)的代碼，其匯編指令為BL.W __hardfp_xxx。因此這時(shí)要完成三角函數(shù)的計(jì)算就要使用arm_sin_f32（）或者arm_cos_f32（），用法不變，這兩個(gè)函數(shù)的原型分別在arm_sin_f32.c和arm_cos_f32.c中。通過對(duì)256點(diǎn)三角函數(shù)表的查詢和插值算法得到任意角度的精確函數(shù)值，這就比“原裝”的sin（）、cos（）快多了。

當(dāng)然有些例外的是開發(fā)函數(shù)sqrt（），在arm_math.h中是這么定義的：

static __INLINE arm_statusarm_sqrt_f32（float32_t in， float32_t *pOut）

{

if（in 》 0）

{

//#if __FPU_USED

#if （__FPU_USED == 1） && defined （ __CC_ARM）

*pOut = __sqrtf（in）;

#else

*pOut = sqrtf（in）;

#endif

return （ARM_MATH_SUCCESS）;