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[讨论] STM32L476 FPU 执行效率之比较浅析

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发表于 2016-12-21 18:13:11 |显示全部楼层
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。
1.webp.jpg
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.
2.webp.jpg

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.
3.webp.jpg

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:
4.webp.jpg

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:
5.webp.jpg

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。
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