STM32L476 FPU 執(zhí)行效率之比較淺析

小融一號(hào)

1.前言

本應(yīng)用筆記基于STM32L476平臺(tái)，通過(guò)實(shí)際測(cè)量來(lái)評(píng)定使能FPU時(shí)浮點(diǎn)運(yùn)算效率的情況。

2.測(cè)試工具

STM32L476 Nucleo，示波器

3.測(cè)試方法

MCU 運(yùn)行頻率設(shè)置為16MHz，根據(jù)下面公式1 做N 次浮點(diǎn)運(yùn)算，分使能FPU和禁止FPU兩種情況，測(cè)試完成相同運(yùn)算所需要的時(shí)間。在例程中通過(guò)翻轉(zhuǎn)IO PB13 來(lái)標(biāo)定完成運(yùn)算所需要的時(shí)間。

3.1 測(cè)試代碼

根據(jù)公式1，分別定義A、B、C 三個(gè)常量，如下：

/* Private constants---------------------------------------------------------*/

#define A_CONSTANT(0.285f)

#define B_CONSTANT(0.443f)

#define C_CONSTANT(0.698f)

根據(jù)公式做對(duì)應(yīng)的運(yùn)算并通過(guò)GPIOC Pin0 輸出，測(cè)定對(duì)應(yīng)消耗時(shí)間：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);

temp = A_CONSTANT*x*x +B_CONSTANT*x + C_CONSTANT;

HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);

3.2 代碼分析

根據(jù)測(cè)試用的一元二次方程，經(jīng)過(guò)IAR 編譯后，匯編結(jié)果如下：

3.2.1 FPU 使能

從匯編代碼可以看出，使能FPU 的情況下，完成一元二次方程的運(yùn)算只需要7 條單周期指令，總共耗時(shí)為7 個(gè)Clock 周期。通過(guò)IAR 的方針模式運(yùn)行，需要的CPU cycles 為7.

3.2.2 FPU 禁止

從匯編代碼可以看出，未使能FPU 的情況下，完成該一元二次方程的運(yùn)算需要執(zhí)行14 條指令，其中包括3 條兩周期指令，6 條單周期指令，5 條程序跳轉(zhuǎn)指令。通過(guò)IAR 的方針模式運(yùn)行，需要的CPU cycles 為207.

4.測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)論

IO完成兩次翻轉(zhuǎn)耗時(shí)6.48 uS;

使能FPU 時(shí)，除去IO 翻轉(zhuǎn)耗時(shí)，完成一次運(yùn)算時(shí)間為6.52 uS(13 uS -6.48 uS)，

如下圖示：

禁止FPU 時(shí)，除去IO 翻轉(zhuǎn)耗時(shí)，完成一次運(yùn)算時(shí)間為87.4 uS(93.88 uS -6.48 uS)，如下圖示：

小結(jié)下，根據(jù)上面相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)大致可得出如下結(jié)論:

• 完成同樣的一元二次方程運(yùn)算，禁止FPU時(shí)所消耗的時(shí)間約為使能FPU時(shí)消耗時(shí)間的13.4 倍左右。

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