54. 浮点运算单元

一、FPU简介

  FPU 即浮点运算单元（Float Point Unit）。浮点运算，对于定点 CPU（没有 FPU 的 CPU）来说必须要按照 IEEE-754 标准的算法来完成运算，是相当耗费时间的。而对于有 FPU 的 CPU 来说，浮点运算则只是几条指令的事情，速度相当快。

  STM32F407 属于 Cortex M4 架构，带有 32 位单精度硬件 FPU，支持浮点指令集，相对于 Cortex M0 和 Cortex M3 等，高出数十倍甚至上百倍的运算性能。

  STM32F407 硬件上要开启 FPU 是很简单的，通过一个叫：协处理器控制寄存器（CPACR）的寄存器设置即可开启 STM32F407 的硬件 FPU，该寄存器各位描述如下所示：

  这里我们就是要设置 CP11 和 CP10 这 4 个位，复位后，这 4 个位的值都为 0，此时禁止访问协处理器（禁止了硬件 FPU），我们将这 4 个位都设置为 1，即可完全访问协处理器（开启硬件 FPU），此时便可以使用 STM32F407 内置的硬件 FPU 了。CPACR 寄存器这 4 个位的设置，我们在 system_stm32f4xx.c 文件中的 SystemInit() 函数里面开启，代码如下：

/**
  * @brief  Setup the microcontroller system
  *         Initialize the FPU setting, vector table location and External memory 
  *         configuration.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SystemInit(void)
{
  /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
  #endif

#if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
  SystemInit_ExtMemCtl(); 
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */

  /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
#if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
  SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */

  /* Configure the FPU */
 #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
  SCB->CPACR |= ((3UL << (10*2))|(3UL << (11*2)));
  /* set CP10 and CP11 Full Access */
 #endif
}

  此部分代码是系统初始化函数的部分内容，功能就是设置 CPACR 寄存器的 20~23 位为 1，以开启 STM32F407 的硬件 FPU 功能。从程序可以看出，只要我们定义了全局宏定义标识符 __FPU_PRESENT 以及 __FPU_USED 为 1，那么就可以开启硬件 FPU。其中宏定义标识符 __FPU_PRESENT 用来确定处理器是否带 FPU 功能，标识符 __FPU_USED 用来确定是否开启 FPU 功能。

  实际上，因为 STM32F407 是带 FPU 功能的，所以在我们的 stm32f407xx.h 头文件里面，我们默认是定义了 __FPU_PRESENT 为 1。

  但是，仅仅只是说明处理器有 FPU 功能是不够的，我们还需要开启 FPU 功能。开启 FPU有两种方法，第一种是直接在头文件 stm32f407xx.h 中定义宏定义标识符 __FPU_USED 的值为 1。

如果使用 MDK，也可以在 Target 选项卡里面，设置 Floating Point Hardware 为 Use Single Precision，此时默认会把编译器中的 __FPU_USED 宏的值设置为 1。