有人利用STM32芯片做些DSP處理，在啟用FPU單元進(jìn)行調(diào)試、驗證過程中可能會遇到些小問題、小困惑，這里通過STM32F4芯片一個具體的應(yīng)用示例簡單分享下，希望順便能給同仁提供些幫助或提醒。

我這里通過調(diào)用DSP庫里的FFT相關(guān)函數(shù)實現(xiàn)1024點的FFT運算，樣點數(shù)據(jù)及運算結(jié)果均為浮點數(shù)。

上圖中A區(qū)代碼是做樣點數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，B區(qū)代碼完成FFT運算。我們來一起看看基本的配置以及不啟用硬件浮點單元和啟用硬件浮點單元執(zhí)行B區(qū)代碼的時間上的差別。

程序里要調(diào)用一些數(shù)學(xué)函數(shù)，而這些數(shù)學(xué)函數(shù)往往集成在相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)庫里。我們選用ARM公司的DSP數(shù)學(xué)庫，該庫系專門針對AMR核芯片及指令系統(tǒng)而組織的代碼，相比IDE自帶的通用數(shù)學(xué)函數(shù)庫會更優(yōu)化、高效。

目前該DSP數(shù)學(xué)庫包括基本數(shù)學(xué)函數(shù)、復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)、濾波函數(shù)、矩陣函數(shù)等幾大塊，詳細(xì)內(nèi)容可以去ARM網(wǎng)站閱讀比較方便。【可點擊左下方原文鏈接前往】

我們開發(fā)時，這些文件具體在哪里呢？在各個編譯環(huán)境的安裝目錄下都不難找到。不妨看看ARM keil MDK環(huán)境下它們所在位置。

上面我們看到的是DSP庫源文件所在目錄，在另一個目錄存放著基于不同內(nèi)核、不同存儲端格式以及是否支持硬件浮點單元而編譯出來的庫文件。我們在開發(fā)時，直接添加合適的庫文件進(jìn)工程即可，不必逐個查找源文件來添加。下圖就是可以用于ARM MDK環(huán)境的庫文件。【對于不同IDE，庫文件名后綴略有差異】

這里以用于M4內(nèi)核的DSP數(shù)學(xué)函數(shù)庫稍作解釋，詳見下面表格。

從上表可以看出，基于Cortex M4內(nèi)核芯片進(jìn)行DSP運算可以能用到的庫有四個，但具體到STM32 基于M4內(nèi)核的芯片可以選用的只有兩個，即xxxM4l_math.lib或xxxM4lf_math.lib,因為STM32芯片的存儲設(shè)計都是小端模式。所謂小端模式，簡單點說就是指多字節(jié)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲時，按照低位字節(jié)對應(yīng)地址低位來存放，反之則為大端模式。

在上面截圖中，我還截取了對應(yīng)M0內(nèi)核可用的DSP數(shù)學(xué)庫，它為什么只有兩個？這是因為M0內(nèi)核沒有FPU硬件單元，不存在FPU是否啟用的可選情況。

現(xiàn)在就利用STM32F429開發(fā)板，基于開篇的截圖代碼進(jìn)行測試，并用定時器測量下面執(zhí)行代碼在不使用FPU和使用FPU分別所花費的時間，并計算二者的時間比。【注：STM32F429芯片自身是帶硬件FPU的】

必要的配置和文件包含及添加，如下表所示：

基于上面條件執(zhí)行FFT運算代碼，不使用FPU和使用FPU的時間比為16。

采用相似的條件，基于IAR環(huán)境對相同功能代碼段進(jìn)行測試，不使用FPU和使用FPU的時間比為11。

關(guān)于這個時間比，除了跟是否使用微庫、優(yōu)化等級、浮點精度等有關(guān)外，跟你所選取的測試代碼也有很大關(guān)系，因為有些代碼只能靠CPU執(zhí)行的話，開不開FPU硬件單元對這部分時間是沒有影響的。不難理解，被測試代碼里只能靠CPU運行的代碼占比越多，上面的這個比值就會越小。一般來說，我們不必太過糾結(jié)這個值的大小，知道有這個硬件浮點單元，既減輕了CPU負(fù)荷，又可以提升計算速度就好。

另外，我們在做DSP相關(guān)應(yīng)用時，注意添加的DSP庫既要跟所用芯片匹配，還要跟IDE里的配置匹配。還是以上面測試代碼為例，本意是想啟用FPU，結(jié)果添加的DSP庫卻是基于不使用FPU硬件的數(shù)學(xué)庫，那會怎么樣呢？

本應(yīng)該添加arm_cortexM4lf_math.h的，結(jié)果弄錯了。如果按照上面條件構(gòu)建ARM MDK工程，一路編譯下來沒有任何警告或錯誤提示。程序也能流暢運行，F(xiàn)FT運算結(jié)果似乎也出來了。

但仔細(xì)查看結(jié)果，跟之前正確配置的運行結(jié)果明顯不一樣。經(jīng)驗證核對，這次運算結(jié)果是錯的。為此我特意添加一行計算90°的正弦值代碼，它算出來結(jié)果竟然是1.5！逆天了。

如果說在不知情的情況下這一路下來，估計要被摧殘一頓了。畢竟很多數(shù)學(xué)函數(shù)結(jié)果常人是無法一眼能看出對錯的，即使看出錯了若沒未及時想到庫問題的話，恐怕還得折騰折騰。

針對這種情形，基于同樣代碼于IAR環(huán)境下測試，情況相比ARM MDK貌似要好點。至少編譯時有警告提示，提示引用沖突之類的。計算結(jié)果沒有MDK的那么具有隱蔽性【至少對于本次測試是這樣】，基本是清一色的0，頗有沖擊效果！當(dāng)然，此時讓它計算90°的正弦值結(jié)果也是明顯錯的。

感覺上，這種情形下，使用IAR時挖的坑似乎稍微淺些，更容易讓人警醒懷疑哪里出問題了。

好，就分享到這里，祝君好運！

原文標(biāo)題：關(guān)于STM32浮點運算單元FPU的小話題

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