ARM 浮点运算详解
来源：互联网 发布：linux 压缩文件 编辑：程序博客网 时间：2024/04/28 21:41
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一：早期ARM上的浮点模拟器：
早期的ARM没有协处理器，所以浮点运算是由CPU来模拟的，即所需浮点运算均在浮点运算模拟器（float math emulation）上进行，需要的浮点运算，常要耗费数千个循环才能执行完毕，因此特别缓慢。
直到今天，在ARM Kernel配置时，都有如下选项：
Floating point emulation
[ ] NWFPE math emulation
[ ] FastFPE math emulation (EXPERIMENTAL)
在这里，可以配置ARM 浮点模拟器。
浮点模拟器 模拟浮点是利用了undefined instrction handler，这么做带来的后果是带来极频繁的exception，大大增加中断延迟，降低系统实时性。
二：软浮点技术：
软浮点支持是由交叉工具链提供的功能，与Linux内核无关。当使用软浮点工具链编译浮点操作时，编译器会用内联的浮点库替换掉浮点操作，使得生成的机器码完全不含浮点指令，但是又能够完成正确的浮点操作。
三：浮点协处理器：
在较新版本的ARM中，可以添加协处理器。 一些ARM CPU为了更好的处理浮点计算的需要，添加了浮点协处理器。
并定义了浮点指令集。 如果不存在实际的硬件，则这些指令被截获并由浮点模拟器模块(FPEmulator)来执行。
四: 硬件浮点协处理器以及对应指令集的使用:
这里Sam是这样理解的：
想要使用硬件浮点协处理器来帮助运算Application中的浮点运算。需要以下几个前提条件：
1. Kernel中设置支持 硬件协处理器。
2. 编译器支持将浮点运算翻译成硬件浮点运算指令。
1. Kernle的支持：
如果Kernel不支持浮点协处理器，则因为协处理器寄存器等使用权限等问题，协处理器对应指令无法运行。
网络上有位高手指出：
CP15 c1 协处理器访问控制寄存器，这个寄存器规定了用户模式和特权对协处理器的访问权限。我们要使用VFP当然要运行用户模式访问CP10和CP11。
另外一个寄存器是VFP的FPEXC Bit30这是VFP功能的使用位。
其实操作系统在做了这两件事情之后，用户程序就可以使用VFP了。当然，Kernel 除了这2件事外，还处理了其他一些事情。
Sam看了看Kernel中对应代码，发现是汇编后就放弃继续研究了。
Floating point emulation
[*] VFP-format floating point maths
Include VFP support code in the kernel. This is needed IF your hardware includes a VFP unit.
2. 编译器指定浮点指令：
编译器可以显式指定将浮点运算翻译成何种浮点指令。
如果编译器支持软浮点，则其可能会将浮点运算翻译成编译器中自带的浮点库。则不会有真正的浮点运算。
否则，可以翻译成FPA(Floating
还可以将浮点运算指定为VFP（vector
五. 编译器指定编译硬浮点指令:
Sam有个测试程序，测试CPU浮点性能。例如：浮点加减乘除等运算的时间长度：
float src_mem_32[1024] = {1.024};
float dst_mem_32[1024] = {0.933};
for(j = 0; j < 1024; j++)
{
}
通过printf 计算前后毫秒数的差值来看计算能力。
编译：
arm-hisiv200-linux-gcc -c
arm-hisiv200-linux-gcc fcpu.o -o FCPU -L./
运行，则得到32位浮点数加1024次所需要时间。
如果要使用VFP呢？
arm-hisiv200-linux-gcc -c
arm-hisiv200-linux-gcc -Wall -mfpu=vfp -mfloat-abi=softfp
则运行后发现，所需要时间几乎减小了一半。 说明还是非常有效果的。
关于-mfpu
另外，如何才能在直观的检查出是否使用VFP呢？
可以通过察看编译出的ASM程序得到结论。
#arm-hisiv200-linux-objdump -d fcpu.o
00000000 <test_F32bit_addition>: