ARMCC和GCC编译ARM代码的软浮点和硬浮点问题

本文介绍了ARM代码编译时的软浮点(soft-float)和硬浮点(hard-float)的编译以及链接完成时的不同。从VFP浮点单元的引进到软浮点(soft-float)和硬浮点(hard-float)的概念，然后是在GCC和ARMCC RVCT东西链下的详细编译参数。

VFP (vector floating-point)

从ARMv5开端，就有可选的Vector Floating Point (VFP)模块，当然最新的如Cortex-A8,Cortex-A9和Cortex-A5能够装备成不带VFP的形式供芯片厂商挑选。VFP经过若干年的开展，有VFPv2 (一些ARM9/ARM11)、VFPv3-D16（只运用16个浮点寄存器，默以为32个）和VFPv3+NEON (如大多数的Cortex-A8芯片)。关于包括NEON的ARM芯片，NEON一般和VFP共用寄存器。

硬浮点Hard-float

编译器将代码直接编译成发射给硬件浮点协处理器（浮点运算单元FPU）去履行。FPU一般有一套额定的寄存器来完结浮点参数传递和运算。运用实践的硬件浮点运算单元FPU当然会带来功能的提高。由于往往一个浮点的函数调用需求几个或许几十个时钟周期。

软浮点 Soft-float

编译器把浮点运算转化成浮点运算的函数调用和库函数调用，没有FPU的指令调用，也没有浮点寄存器的参数传递。浮点参数的传递也是经过ARM寄存器或许仓库完结。现在的Linux体系默许编译挑选运用hard-float，即便体系没有任何浮点处理器单元，这就会发生不合法指令和反常。因而一般的体系镜像都选用软浮点以兼容没有VFP的处理器。

armel和armhf ABI
在armel中，关于浮点数核算的约好有三种。以gcc为例，对应的-mfloat-abi参数值有三个：soft,softfp,hard。soft是指一切浮点运算悉数在软件层完成，功率当然不高，会存在不必要的浮点到整数、整数到浮点的转化，只适合于前期没有浮点核算单元的ARM处理器；softfp是现在armel的默许设置，它将浮点核算交给FPU处理，但函数参数的传递运用通用的整型寄存器而不是FPU寄存器；hard则运用FPU浮点寄存器将函数参数传递给FPU处理。需求留意的是，在兼容性上，soft与后两者是兼容的，但softfp和hard两种形式不兼容。默许情况下，armel运用softfp，因而将hard形式的armel独自作为一个abi，称之为armhf。而运用hard形式，在每次浮点相关函数调用时，平均能节约20个CPU周期。对ARM这样每个周期都很重要的体系结构来说，这样的提高无疑是巨大的。在彻底不改动源码和装备的情况下，在一些运用程序上，运用armhf能得到20%——25%的功能提高。对一些严峻依赖于浮点运算的程序，更是能够到达300%的功能提高。

Soft-float和hard-float的编译选项

在CodeSourcery gcc的编译参数上，运用-mfloat-abi=name来指定浮点运算处理方式。-mfpu=name来指定浮点协处理的类型。可选类型如fpa，fpe2，fpe3，maverick，vfp，vfpv3，vfpv3-fp16，vfpv3-d16，vfpv3-d16-fp16，vfpv3xd，vfpv3xd-fp16，neon，neon-fp16，vfpv4，vfpv4-d16，fpv4-sp-d16，neon-vfpv4等。运用-mfloat-abi=hard (等价于-mhard-float)-mfpu=vfp来挑选编译成硬浮点。运用-mfloat-abi=softfp就能兼容带VFP的硬件以及soft-float的软件完成，运行时的连接器ld.so会在履行浮点运算时关于运算单元的挑选，是直接的硬件调用仍是库函数调用，是履行/lib仍是/lib/vfp下的libm。-mfloat-abi=soft （等价于-msoft-float）直接调用软浮点完成库。

在ARM RVCT东西链下，界说fpu形式：

? –fpu softvfp
? –fpu softvfp+vfpv2
? –fpu softvfp+vfpv3
? –fpu softvfp+vfpv_fp16
? –fpu softvfp+vfpv_d16
? –fpu softvfp+vfpv_d16_fp16.

界说浮点运算类型

–fpmode ieee_full :一切单精度float和双精度double的精度都要和IEEE规范共同，详细的形式能够在运行时动态指定；

–fpmode ieee_fixed：舍入到最接近的完成的IEEE规范，不带不精确的反常；

–fpmode ieee_no_fenv：舍入到最接近的完成的IEEE规范，不带反常；

–fpmode std：非规范数flush到0、舍入到最接近的完成的IEEE规范，不带反常；

–fpmode fast：更活跃的优化，或许会有一点精度丢失。

一个浮点软链接完成的汇编比如

IMPORT __softfp_cos

BL __softfp_cos

ARMCC fplib浮点运算库

__aeabi_dadd 浮点double类型数据的加法，__aeabi_fdiv 单精度浮点除法。

附录：常见的芯片和VFP装备

Partial reference of SoC and supported ISAs

本文介绍了ARM代码编译时的软浮点(soft-float)和硬浮点(hard-float)的编译以及链接完成时的不同。从VFP浮点单元的引进到软浮点(soft-float)和硬浮点(hard-float)的概念，然后是在GCC和ARMCC RVCT东西链下的详细编译参数。