APM32F411硬件FPU使用方法及注意点

APM32F411硬件FPU使用方法及注意点

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/ic2121/article/details/139815480

APM32F411是一款基于32位Arm Cortex-M4F内核的微控制器，其内置的硬件FPU（浮点运算单元）能够显著提升浮点运算的效率。本文将详细介绍如何开启硬件FPU，并通过实际测试案例展示其性能优势。

1. 如何开启硬件FPU

在system_apm32f4xx.c文件的SystemInit()函数中，需要确保__FPU_PRESENT（是否带有FPU）和__FPU_USED（是否开启FPU）都设置为1。从M4权威指南手册可以查到，SCB->CPACR寄存器的配置如下：

实际应用中，CP10和CP11一般都设置为11。

KEIL软件提供了一个非常方便的开启硬件FPU功能选项。在KEIL的“Target”界面中，将“Floating Point Hardware”选项选择为“Single Precision”，即可完成硬件FPU的开启。

2. 测试案例

为了直观感受硬件FPU的运算速度，我们基于极海官网APM32F4xx_SDK_V1.4的GPIO_Toggle例程进行测试，将APM32F411系统时钟设置为100MHz。

2.1 开启和不开启FPU的测试

测试代码如下：

void test_function(void) {
    float data_a = 1.0;
    float data_b;
    for (int i = 0; i < 200; i++) {
        data_b = data_a * 3.14159;
    }
}

通过逻辑分析仪抓取PE6引脚的高低电平，评估代码执行时间。

• 不开启硬件FPU的IO翻转时间约207.56us：

• 开启硬件FPU的IO翻转时间约218.64us：

令人意外的是，开启硬件FPU的运算时间反而更慢。这是因为参与运算的浮点型常量3.14159默认是double类型，而M4/M4F的硬件FPU只对单精度浮点数（float）加速。

从汇编代码可以看出，不开启硬件FPU计算需要189个机器周期，开启硬件FPU计算需要191个机器周期，差了2个机器周期。

2.2 浮点型常量加f后缀后的测试

将浮点型常量加上f后缀，测试代码变为：

void test_function(void) {
    float data_a = 1.0f;
    float data_b;
    for (int i = 0; i < 200; i++) {
        data_b = data_a * 3.14159f;
    }
}

测试结果如下：

• 不开启硬件FPU的IO翻转时间约73.48us
• 开启硬件FPU的IO翻转时间约16.4us

从汇编代码对比可以看出，不开启硬件FPU计算需要60个机器周期，开启硬件FPU计算需要11个机器周期，差了49个机器周期。

3. 测试总结

结论：

• 在计算没有超出float类型数值取值范围的情况下，建议浮点型常量都加上后缀f，可以缩短运算时间。
• 如果没有float类型数值运算，可以不开启硬件FPU。
• 对于float类型数值运算，建议开启硬件FPU，可以大大缩短运算时间。比如，该例程的语句乘法运算，开启硬件FPU的运算比未开启硬件FPU的运算少了49个机器周期数，运算时间提升约81.67%。