STM32F4xx FPU的设置

浮点运算一直是定点CPU的难题，比方一个简略的1.1+1.1，定点CPU有必要要依照IEEE-754规范的算法来完结运算，关于8位单片机来说现已完 满是噩梦，对32为单片机来说也不会有多大改进。尽管将浮点数进行Q化处理能充分发挥32位单片机的运算功用，可是精度受到限制而不会太高。关于有 FPU（浮点运算单元）的单片机或许CPU来说，浮点加法仅仅几条指令的工作。

现在又FPU或许硬件浮点运算才干的主要有高端DSP（比方TI F28335/C6000/DM6XX/OMAP等)，通用CPU（X87数学协处理器）和高档的ARM+DSP处理器等。

STM32-F4归于Cortex-M4F构架，这和M0、M3的最大不同便是多了一个F-float，即支撑浮点指令集，因而在处理数学运算时能比M0/M3高出数十倍乃至上百倍的功用，可是要充分发挥FPU的数学功用，还需求一些小小的设置：

1.编译操控选项：尽管STM32F4XX固件库的例程之system_stm32f4XXX.c文件中增加了对应的代码，但给用户评价运用的 STM32F4-Discovery例程中却没有，因而MDK4.23编写浮点运算程序时，尽管编译器正确产生了V指令来进行浮点运算，可是由于 system_stm32f4XXX.c文件没有启用FPU，因而CPU执行时只认为是遇到不合法指令而跳转到HardFault_Handler()中止 中原地踏步。因而要确保这个过错不发生，有必要要在system_init()函数里边增加如下代码：

#if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));
#endif

由于这个选项是有条件编译操控的，因而需求在工程选项（Project->Options for target “XXXX”）中的C/C++选项卡的Define中参加如下的句子：__FPU_PRESENT=1,__FPU_USED =1。这样编译时就参加了发动FPU的代码，CPU也就能正确高效的运用FPU进行简略的加减乘除了。

但这还远远不够。关于杂乱运算，比方三角函数，开方等运算，假如编程时仍是运用math.h头文件，那是无法提高功率的：由于math.h头文件是针对所 有ARM处理器的，其运算函数都是依据定点CPU和规范算法（IEEE-754），并没有预见运用FPU的状况，需求许多指令和杂乱的进程才干完结运算， 也就增加了运算时刻。因而要充分发挥M4F的浮点功用，就需求运用固件库自带的arm_math.h，这个文件依据编译操控项（__FPU_USED == 1）来决定是运用那一种函数办法：假如没有运用FPU，那就调用keil的规范math.h头文件中界说的函数；假如运用了FPU，那便是用固件库自带的 优化函数来解决问题。

在arm_math的最初部分是有这些编译操控信息：

#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”

便是说假如不运用CMSIS的，就会调用keil自带的规范库函数。不然就用CMSIS的界说。这儿由于是用的STM32F4，所以应该要 ARM_MATH_CM4操控，即参加core_cm4.h，不然就用运用ARMCM4.h——但在编译时keil会提示找不到这文件。因而需求在工程选 项之C/C++选项卡的define中继续参加句子ARM_MATH_CM4。

参加上述编译操控项之后，高档数学函数的运用根本没问题了，比方正余弦三角函数的核算。但需求留意，假如你直接运用sin()、cos()、sqrt() 这样的函数，那成果还算调用keil的math.h，你能够在debug时看对应的代码，其汇编指令为BL.W __hardfp_xxx。因而这时要完结三角函数的核算就要运用arm_sin_f32()或许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。经过对256点三角函数表的查询和插值算法得到恣意视点的准确函数值，这就比“原 装”的sin()、cos()快多了。

当然有些破例的是开发函数sqrt()，在arm_math.h中是这么界说的：

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);
}
}

即开方用的函数是arm_sqrt_f32()，其间首要判别被开发的书是否大于0，只要大于0的才干进行运算，不然输出成果为0并回来“过错”标志。如 果大于0，而且实用了FPU和__CC_ARM操控项，那调用__sqrtf()来完结编译，不然调用sqrtf()——这个sqrtf()是能在 keil的math.h中找到的，即调用子函数来完结运算，而__sqrtf()呢？新出现的，信任我们都能猜到是什么玩意儿：对，便是VSQRT指令！ 因而要把这点功用也要发挥出来，就需求工程选项之C/C++选项卡的define中继续参加句子__CC_ARM才行。我们能够比较一下是否参加 __CC_ARM编译后会汇编代码的不同巨大不同。

当然，关于arm_sqrt_f32()函数仍是有些费事，假如你承认被开方的书是大于等于0的，那就直接运用__sqrtf()函数完结运算，即一条简略的VSQRT指令。

STM32F4固件库还供给了其他很有用的数学函数，都坐落DSP_Lib文件夹，请我们渐渐探究，Discovery！