ARM 浮點運算

很多時候我們要處理的資料，不僅僅是整數和字串，還有浮點數即小數。在多**資料處理方面表現的更多。是不是所有的cpu都支援，浮點運算呢?答案:不是。

我們常常聽到贏浮點和軟浮點，這些到底說的是什麼呢?下面我們就來一**竟吧。在這裡我們說的是arm核浮點運算。

(1)硬浮點(hard-float)

編譯器將**直接編譯成硬體浮點協處理器(浮點運算單元fpu)能識別的指令，這些指令在執行的時候arm核直接把它轉給協處理器執行。fpu 通常有一套額外的暫存器來完成浮點引數傳遞和運算。使用實際的硬體浮點運算單元(fpu)會帶來效能的提公升。

(2)軟浮點(soft-float)

編譯器把浮點運算轉成浮點運算的函式呼叫和庫函式呼叫，沒有fpu的指令呼叫，也沒有浮點暫存器的引數傳遞。浮點引數的傳遞也是通過arm暫存器或者堆疊完成。現在的linux系統預設編譯選擇使用hard-float,如果系統沒有任何浮點處理器單元，這就會產生非法指令和異常。因而一般的系統映象都採用軟浮點以相容沒有vfp的處理器。

用一句話總結，軟浮點是通過浮點庫去實現浮點運算的，效率低；硬浮點是通過浮點運算單元(fpu)來完成的，效率高。

一、使用浮點庫實現浮點運算(soft-float)

例如:我想實現兩個浮點數相加，**如下:

使用gnu arm編譯器翻譯成的部分彙編**如下:

從圖中我們可以知道，預設情況下，編譯器使用的是軟浮點，圖中__aeabi_fadd這個函式是在浮點庫中實現。如果想讓**能正常的執行，還需要在連線的時候靜態連線一下浮點庫。

在這裡我們以乙個完成的案例來說明一下，軟浮點庫的使用方法。

start.s:

.global _start

#define user_mode 0x10

_start:

@設定cpu為user模式

mov r0,#user_mode

msr cpsr_c,r0

@跳到main函式

ldr sp,=0x34000

bl main

stop:

b stop

main.c:

int main()

makefile:

ld=arm-none-eabi-ld

objdump=arm-none-eabi-objdump

rm=rm -rf

cflag= -g -c

asflag=-g -c

obj=start.o main.o

ldflags= -static -l\

#指定浮點庫所在的路徑

"c:\program files\yagarto\lib\gcc\arm-none-eabi\4.6.2" -lgcc

#設定編譯模式

%.o:%.s

$(cc) $(asflag) $< -o $@

%.o:%.c

$(cc) $(cflag) $< -o $@

all:$(obj)

$(ld) -ttext=0x20000 $^ -o arm.elf $(ldflags)

$(objdump) -d arm.elf > arm.dis

clean:

$(rm) *.o arm.dis arm.elf

使用硬體浮點實現浮點運算(hard-float)

使用硬體浮點的時候，我們需要給編譯器傳遞一些引數，讓編譯器編譯出硬體浮點單元處理器能識別的指令。

(1)-mfpu=name

引數-mfpu就是用來指定要產生那種硬體浮點運算指令,常用的右vfp和neon等。

浮點協處理器指令:

arm10 and arm9:

-mfpu=vfp(or vfpv1 or vfpv2)

cortex-a8:

-mfpu=neon

(2) -mfloat-abi=value

undefined reference to `__aeabi_fdiv'

或者類似的提示，主要因為一般情況下聯結器沒有去主動尋找軟浮點庫，這時使用將libgcc庫加入即可。

-mfloat-abi=softfp

-mfloat-abi=hard

這兩個引數都用來產生硬浮點指令，至於產生**型別的硬浮點指令，需要由

-mfpu=***引數來指令。這兩個引數不同的地方是：

-mfloat-abi=softfp生成的**採用相容軟浮點呼叫介面(即使用-mfloat-abi=soft時的呼叫介面)，這樣帶來的好處是：相容性和靈活性。庫可以採用-mfloat-abi=soft編譯，而關鍵的應用程式可以採用-mfloat-abi=softfp來編譯。特別是在庫由第三方發布的情況下。

-mfloat-abi=hard生成的**採用硬浮點(fpu)呼叫介面。這樣要求所有庫和應用程式必須採用這同乙個引數來編譯，否則連線時會出現介面不相容錯誤。

我們對main.c檔案使用硬體浮點重新編譯:

翻譯成的彙編**如下:

@ 設定為所有模式都可以訪問協處理器,cortex-a8手冊 3.2.27

mov r0, #0xfffffff

mcr p15, 0, r0, c1, c0, 2

@ 使能neon and vfp協處理器,neon and vfp enable bit.

@ 設定fpexc的30位為1去使能neon and vfp,cortex-a8 手冊 13.4.3

ldr r0, =1<<30

fmxr fpexc, r0

@設定cpu為user模式

mov r0,#user_mode

msr cpsr_c,r0

@跳到main函式

ldr sp,=0x34000

bl main

stop:

b stop

main.c:

int main()

makefile:

cc=arm-none-eabi-gcc

as=arm-none-eabi-as

ld=arm-none-eabi-ld

objdump=arm-none-eabi-objdump

rm=rm -rf

cflag=-g -c -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp

asflag=-g -c -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp

obj=start.o main.o

#設定編譯模式

%.o:%.s

$(cc) $(asflag) $< -o $@

%.o:%.c

$(cc) $(cflag) $< -o $@

all:$(obj)

$(ld) -ttext=0x20000 $^ -o arm.elf

$(objdump) -d arm.elf > arm.dis

clean:

$(rm) *.o arm.dis arm.elf

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ARM上的浮點運算

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