簡(jiǎn)單介紹CortexM4FPU單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元

1、Cortex-M4PFU單元介紹近年，在Cortex-M3之后ARM公司又推出Cortex-M4內(nèi)核，和之前的M3內(nèi)核的區(qū)別之一就是M4帶一個(gè)單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元(PFU)。本文就FPU單元進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，幫助工程師更快的理解FPU單元。1.Cortext-M系列內(nèi)核的指令集從ARM公司發(fā)布的白皮書(shū)看，Cortex-M系列內(nèi)核的指令集如下圖所示:訥CORTEXCMNUSILfi4EVW4BCuLurCORTEJC-M3BTUrurmU7*IMTLJHMLMHTWCRItWnclixxtlSLEEsimuBi已3ESIAAMSttiTT5WI理&NULBDSMUE.THBN4JLVWWF1B驀雲(yún)

2、囂5lJL譚乂WTfUUl凳SMdLBTSHUEESATIflmiBf*WFEsassTTH1LffREXsnvrVRHTCortexM4F訥CORTEXCMNUSILfi4EVW4BCuLurCORTEJC-M3BTUrurmU7*IMTLJHMLMHTWCRItWnclixxtlSLEEsimuBi已3ESIAAMSttiTT5WI理&NULBDSMUE.THBN4JLVWWF1B驀雲(yún)囂5lJL譚乂WTfUUl凳SMdLBTSHUEESATIflmiBf*WFEsassTTH1LffREXsnvrVRHTCortexM4F從上圖可以看出，Corte-M系列的指令是向下兼容的，M0/M1的指

3、令最少，M0/M1和M3的指令都使用于M4的芯片。Cortex-M4的指令集分兩部分，一部分是在M3的指令集外增加了一些擴(kuò)展功能。另一部即上圖中粉紅色部分，就是用于FPU單元的單精度浮點(diǎn)運(yùn)算指令。這部分指令都是用V-開(kāi)頭的匯編指令，僅在FPU功能被使能時(shí)使用。需要注意的是FPU單元是指的芯片上的一個(gè)獨(dú)立于CPU處理的浮點(diǎn)運(yùn)算單元，整個(gè)單元在大多數(shù)廠家的芯片中都是可以被使能和關(guān)閉的。相對(duì)于芯片，編譯器也設(shè)置了相應(yīng)的FPU功能開(kāi)啟/關(guān)閉的選項(xiàng)，在編譯時(shí)需要告訴編譯器是否開(kāi)啟FPU功能。編譯器一旦開(kāi)啟FPU功能，在處理單精度浮點(diǎn)運(yùn)算的語(yǔ)句時(shí)就會(huì)用帶V-開(kāi)頭的匯編指令進(jìn)行編譯。如果編譯器使能了FPU功

4、能，而芯片未開(kāi)啟FPU單元，程序運(yùn)行到浮點(diǎn)語(yǔ)句時(shí)就會(huì)出現(xiàn)異常。相反，如果編譯器未使能FPU功能，芯片即使開(kāi)啟了FPU單元，程序還是會(huì)按照未使能FPU的代碼進(jìn)行處理。2.編譯器中的FPU功能使能以KEIL為例，在創(chuàng)建一個(gè)CORTEX-M4的工程后，在工程的optionsfortarget“XXX”窗口的Target頁(yè)面中選擇是否開(kāi)啟fpu功能。如下圖所示:冋OptionsforTargetfpujestTargEt|riu+putListing|UserC/C+AsmLink-DebugUtilitiesalMHz):阿CodeGenerationOperating:|NoneSjem-View

5、erFile(.Sfr):IsFDLuminaIyLM4F12OH3QR.SFR二!UseCross-ModuleCptimizationUseMicroLIBFloaftngPointHardware:UseFPURead/OnlyMemoryAreasdefaultoff七h(yuǎn)ipStartupRead/WriteMemorprAressdefaultoff-chipStartLink-DebugUtilitiesalMHz):阿CodeGenerationOperating:|NoneSjem-ViewerFile(.Sfr):IsFDLuminaIyLM4F12OH3QR.SFR二!Us

6、eCross-ModuleCptimizationUseMicroLIBFloaftngPointHardware:UseFPURead/OnlyMemoryAreasdefaultoff七h(yuǎn)ipStartupRead/WriteMemorprAressdefaultoff-chipStartNoInit|QiD|k4DDGDIRCM1:IRGM1:IROM2:RCM2:ROMS:onchipRAfvll:RAM2:on-chipIRAM1:IRAM2:|C：=Lncel編譯器通過(guò)該選項(xiàng)來(lái)判斷是否使用V開(kāi)頭的浮點(diǎn)運(yùn)算指令。一旦選擇“useFPU”功能，如果代碼中帶有單精度浮點(diǎn)運(yùn)算的代碼，編譯器

7、就會(huì)使用帶V的FPU單元匯編指令，無(wú)論芯片是否開(kāi)啟了FPU單元功能。如果選擇不使用FPU功能，即使芯片開(kāi)啟了FPU單元，編譯器一樣不會(huì)采用帶V的匯編指令。3.例程分析下面用一個(gè)實(shí)例來(lái)分析開(kāi)啟、關(guān)閉FPU單元的程序處理。先上代碼:001.staticfloatfDat1=0.0;002.staticfloatfDat2=0.01;003./004./fputest.005./006.intmain(void)007.008.inti;009.FPUEnable();010.FPUStackingEnable();011.for(i=0;i100;i+)012.013.fDat1=fDat1+fDat2;014.015.其中0ll.014.行在開(kāi)啟編譯器FPU功能后，編譯出來(lái)的代碼為:MOVSr0,#0 x00VLDRs0,r1,#0 x04VLDRs1,r1,#0 x00ADDSr0,r0,#1CMPr0,#0 x64VADD.F32s1,s1,s0VSTRs1,r1,#0 x00BLF0 x00000316其中紅色標(biāo)注的都是以V-開(kāi)頭的匯編代碼，這些代碼在FPU單元中運(yùn)行。如果關(guān)閉編譯器的FPU功能，編譯出來(lái)的代碼如下：MOVSr4,#0 x00LDRr6,r5,#0 x04LDRr0,r5,#0 x00MOV