STM32L476 FPU 执行效率之比较浅析

eva1

1.前言

本应用笔记基于STM32L476平台，通过实际测量来评定使能FPU时浮点运算效率的情况。

2.测试工具

STM32L476 Nucleo，示波器

3.测试方法
MCU 运行频率设置为16MHz，根据下面公式1 做N 次浮点运算，分使能FPU和禁止FPU两种情况，测试完成相同运算所需要的时间。在例程中通过翻转IO PB13 来标定完成运算所需要的时间。


3.1 测试代码
根据公式1，分别定义A、B、C 三个常量，如下：
/* Private constants---------------------------------------------------------*/
#define A_CONSTANT(0.285f)
#define B_CONSTANT(0.443f)
#define C_CONSTANT(0.698f)
根据公式做对应的运算并通过GPIOC Pin0 输出，测定对应消耗时间：
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 代码分析
根据测试用的一元二次方程，经过IAR 编译后，汇编结果如下：

3.2.1 FPU 使能
从汇编代码可以看出，使能FPU 的情况下，完成一元二次方程的运算只需要7 条单周期指令，总共耗时为7 个Clock 周期。通过IAR 的方针模式运行，需要的CPU cycles 为7.


3.2.2 FPU 禁止
从汇编代码可以看出，未使能FPU 的情况下，完成该一元二次方程的运算需要执行14 条指令，其中包括3 条两周期指令，6 条单周期指令，5 条程序跳转指令。通过IAR 的方针模式运行，需要的CPU cycles 为207.


4.测试数据及结论
IO完成两次翻转耗时6.48 uS;
使能FPU 时，除去IO 翻转耗时，完成一次运算时间为6.52 uS(13 uS -6.48 uS)，
如下图示：


禁止FPU 时，除去IO 翻转耗时，完成一次运算时间为87.4 uS(93.88 uS -6.48 uS)，如下图示：


小结下，根据上面相关测试数据大致可得出如下结论:


• 完成同样的一元二次方程运算，禁止FPU时所消耗的时间约为使能FPU时消耗时间的13.4 倍左右。



文章来源：微信公众号   融创芯城（一站式电子元器件、PCB、PCBA购买服务平台，项目众包平台，方案共享平台）