來源：轉載自21ic論壇極海半導體專區

1、前言

APM32F411是一款基于32位Arm Cortex-M4F內核的微控制器。硬件FPU是Arm Cortex-M4F的一大優勢。合理應用硬件FPU可以大大縮短運算時間。

2、如何開啟硬件FPU

在system_apm32f4xx.c文件的SystemInit()函數里，有下圖所示語句：

當__FPU_PRESENT（是否帶有FPU）和__FPU_USED（是否開啟FPU）都為1時，硬件FPU才算成功開啟。

從M4權威指南手冊可以查到，SCB->CPACR的寄存器信息如下圖所示：

實際應用中，CP10和CP11一般都設置為11。

KEIL軟件提供了一個非常方便的開啟硬件FPU功能選項。如下圖所示，點擊KEIL的“魔法棒”菜單。“Target”界面中的“Floating Point Hardware”選項選擇“Single Precision”。點擊“OK”，完成硬件FPU開啟。

3、測試

通過實例測試，感受一下硬件FPU的運算速度。根據極海官網APM32F4xx_SDK_V1.4的的GPIO_Toggle例程修改，APM32F411系統時鐘設置為100MHz。

3.1 開啟和不開啟FPU測試

部分測試代碼，如下圖所示。主函數包括兩個函數：LED2（PE6）引腳翻轉函數和測試函數。測試函數主要內容是重復執行200次data_b = data_a * 3.14159的乘法運算。

通過邏輯分析儀抓取PE6的高低電平，評估代碼執行時間。

不開啟硬件FPU的IO翻轉時間約207.56us，如下圖所示。

開啟硬件FPU的IO翻轉時間約218.64us，如下圖所示。

什么情況？開啟硬件FPU的運算時間居然比不開啟硬件FPU的運算時間要慢。

很多人使用M4/M4F產品，往往會忽略一個細節。參與運算的浮點型常量3.14159在C語言中默認是double類型常量。M4/M4F的硬件FPU只對單精度浮點數運算加速。所以，對double類型浮點數運算無效。

為什么開啟硬件FPU的運算時間比不開啟硬件FPU的運算時間要慢？我們從匯編代碼可以看出，同樣的一條乘法運算語句，不開啟硬件FPU計算需要10816 - 10627 = 189個機器周期，開啟硬件FPU計算需要10883 - 10692 = 191個機器周期，差了2個機器周期。

不開啟硬件FPU的乘法運算匯編代碼及機器周期數如下圖所示：

開啟硬件FPU的乘法運算匯編代碼及機器周期數如下圖所示：

3.2 浮點型常量都加f后綴，開啟和不開啟FPU測試。

float類型數值取值范圍是

-3.402823466×1038~3.402823466×1038，可以滿足大部分應用。測試代碼的浮點型常量加上后綴f，其他內容與3.1章節一致，如下圖所示。

不開啟硬件FPU的IO翻轉時間約73.48us，如下圖所示。

開啟硬件FPU的IO翻轉時間約16.4us，如下圖所示。

這才是我們想要的效果。從匯編代碼對比，同樣的一條乘法運算語句，不開啟硬件FPU計算需要10737 - 10677 = 60個機器周期，開啟硬件FPU計算需要11176 - 11165 = 11個機器周期，差了49個機器周期。

不開啟硬件FPU的乘法運算匯編代碼及機器周期數，如下圖所示：

開啟硬件FPU的乘法運算匯編代碼及機器周期數，如下圖所示：

4、結論

測試結果如下表所示

計算沒有超出float類型數值取值范圍的情況，建議浮點型常量都加上后綴f，可以縮短運算時間。如果沒有float類型數值運算，可以不開啟硬件FPU。

對于float類型數值運算，建議開啟硬件FPU，可以大大縮短運算時間。比如，該例程的語句乘法運算，開啟硬件FPU的運算比未開啟硬件FPU的運算少了49個機器周期數，運算時間提升約81.67%。

注：文章作者在原帖中提供了例程文件，有需要請至原文21ic論壇下載

原文地址：https://bbs.21ic.com/icview-3329150-1-1.html