STM32F4的FPU性能的设置及要点

除了网上的教程外，还要特别注意，当运算中有浮点的数字时要把，数字后面加上一个f。例如表达式中有4.321参与运算。。当你不在4.321后加f时，stm32F405的片子不知道把他当做单精度float用FPU来运算，，默认可能是当做double来运算（我不确定），运算速度还是很慢。。切记所有浮点数字后面加上f，，，，有时候keil会提示warning： #1035-D： single-precision operand implicitly converted to double-precision 这句话的意思就是单精度运算隐式转换成了双精度运算了。这个时候就要在单精度数字后面加个f

 

keilmdk的设置中完整的define是USE_STDPERIPH_DRIVER，STM32F4XX，__FPU_PRESENT=1，__FPU_USED =1，ARM_MATH_CM4，__CC_ARM

要在MDK中有个选项设置 usr FPU

STM32F4之FPU性能的充分发挥-设置要点

浮点运算一直是定点CPU的难题，比如一个简单的1.1+1.1，定点CPU必须要按照IEEE-754标准的算法来完成运算，对于8位单片机来说已经完全是噩梦，对32为单片机来说也不会有多大改善。虽然将浮点数进行Q化处理能充分发挥32位单片机的运算性能，但是精度受到限制而不会太高。对于有FPU（浮点运算单元）的单片机或者CPU来说，浮点加法只是几条指令的事情。

现在又FPU或者硬件浮点运算能力的主要有高端DSP（比如TI F28335/C6000/DM6XX/OMAP等），通用CPU（X87数学协处理器）和高级的ARM+DSP处理器等。

STM32-F4属于Cortex-M4F构架，这和M0、M3的最大不同就是多了一个F-float，即支持浮点指令集，因此在处理数学运算时能比M0/M3高出数十倍甚至上百倍的性能，但是要充分发挥FPU的数学性能，还需要一些小小的设置：

1.编译控制选项：虽然STM32F4XX固件库的例程之system_stm32f4XXX.c文件中添加了对应的代码，但给用户评估使用的STM32F4-Discovery例程中却没有，因此MDK4.23编写浮点运算程序时，虽然编译器正确产生了V指令来进行浮点运算，但是因为system_stm32f4XXX.c文件没有启用FPU，因此CPU执行时只认为是遇到非法指令而跳转到HardFault_Handler（）中断中原地踏步。因此要保证这个错误不发生，必须要在system_init（）函数里面添加如下代码：

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

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

#endif

因为这个选项是有条件编译控制的，因此需要在工程选项（Project-》OpTIons for target “XXXX”）中的C++/C++选项卡的Define中加入如下的语句：__FPU_PRESENT=1，__FPU_USED =1。这样编译时就加入了启动FPU的代码，CPU也就能正确高效的使用FPU进行简单的加减乘除了。

但这还远远不够。对于复杂运算，比如三角函数，开方等运算，如果编程时还是使用math.h头文件，那是没法提升效率的：因为math.h头文件是针对所有ARM处理器的，其运算函数都是基于定点CPU和标准算法（IEEE-754），并没有预见使用FPU的情况，需要很多指令和复杂的过程才能完成运算，也就增加了运算时间。因此要充分发挥M4F的浮点功能，就需要使用固件库自带的arm_math.h，这个文件根据编译控制项（__FPU_USED == 1）来决定是使用那一种函数方法：如果没有使用FPU，那就调用keil的标准math.h头文件中定义的函数；如果使用了FPU，那就是用固件库自带的优化函数来解决问题。

在arm_math的开头部分是有这些编译控制信息：

#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.。..。”

#endif

#undef__CMSIS_GENERIC

#include “string.h”

#include “math.h”

就是说如果不使用CMSIS的，就会调用keil自带的标准库函数。否则就用CMSIS的定义。这里因为是用的STM32F4，所以应该要ARM_MATH_CM4控制，即加入core_cm4.h，否则就用使用ARMCM4.h——但在编译时keil会提示找不到这文件。因此需要在工程选项之C/C++选项卡的define中继续加入语句ARM_MATH_CM4。

加入上述编译控制项之后，高级数学函数的使用基本没问题了，比如正余弦三角函数的计算。但需要注意，如果你直接使用sin（）、cos（）、sqrt（）这样的函数，那结果还算调用keil的math.h，你可以在debug时看对应的代码，其汇编指令为BL.W __hardfp_xxx。因此这时要完成三角函数的计算就要使用arm_sin_f32（）或者arm_cos_f32（），用法不变，这两个函数的原型分别在arm_sin_f32.c和arm_cos_f32.c中。通过对256点三角函数表的查询和插值算法得到任意角度的精确函数值，这就比“原装”的sin（）、cos（）快多了。

当然有些例外的是开发函数sqrt（），在arm_math.h中是这么定义的：

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）;

}

else

{

*pOut = 0.0f;

return （ARM_MATH_ARGUMENT_ERROR）;

}

}