Keil 中如何使用 STM32F4xx 单片机硬件浮点单元



一.前言
有工程师反应说 Keil 下无法使用 STM32F4xx 硬件浮点单元， 导致当运算浮点时运算时间过长，还有 一些人反应不知如何使用芯片芯片内部的复杂数学运算，比如三角函数运算。针对这个部分本文将详 细介绍如何使用硬件浮点单元以及相关数学运算。

二．问题产生原因
1. ------对于 Keil MDK Version 5 版本， 编译器已经完全支持 STM32F4xx 的 FPU（浮点运算单元），可以直接 使用STM32芯片内部的浮点运算单元。
2. ------对于 Keil MDK Version 4 版本， 高版本 v4， 比如当前 keil 官网可下载的 v4.74.0.0 版本也已经支持 FPU， 可以直接使用芯片内部浮点运算。但如果使用低版本 v4，如 v4.23.0.0 版本， 则需要对软件进行相应 设置。

三. 如何解决问题
1. 查看手头 Keil 版本是否支持 FPU，最简单办法是进入 Keil 调试界面直接查看 0xE000ED88 地址单元数据， 如果为0x00F00000， 则说明已经支持 FPU，如下图所示：

<img src="https://pic2.zhimg.com/v2-e0747dd72856001dc9f58d5694c70764_b.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="760" data-rawheight="255" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="760" data-original="https://pic2.zhimg.com/v2-e0747dd72856001dc9f58d5694c70764_r.jpg">

2. 如果 0xE000ED88 地址数据为 0x00000000，则需要做如下操作：
a. 在 system_stm32f4xx.c 文件中的 systeminit()函数里面添加如下代码
/* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
#if ( FPU_PRESENT == 1) && ( FPU_USED == 1)
SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2)); /* set CP10 and CP11 Full Access */
#endif
b. 在工程选项（Project->Options for target "XXXX"）中的 C/C++选项卡的 Define 中加入如下的语句， 见下图所示：
FPU_PRESENT=1, FPU_USED =1。

<img src="https://pic1.zhimg.com/v2-f5d4d19d4aaf09e9e6dbecadfa3d01ee_b.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="640" data-rawheight="232" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="640" data-original="https://pic1.zhimg.com/v2-f5d4d19d4aaf09e9e6dbecadfa3d01ee_r.jpg">

c. 这样编译时就加入了启动 FPU 的代码，CPU 也就能正确高效的使用 FPU 进行简单的加减乘除了。
3. 进一步说明使用芯片复杂数学运算使用
对于复杂运算，比如三角函数，开方等运算，需要如下设置：
a. 包含 arm_math.h 头文件。
b. 在工程选项的 C/C++选项卡的 define 中继续加入语句 ARM_MATH_CM4。
c. 在工程选项的 C/C++选项卡的 define 中继续加入语句 CC_ARM。
以使用 sin，cos 运算举例，需要调用 arm_sin_f32()以及 arm_cos_f32()，这两个函数定义在 arm_sin_f32.c 和arm_cos_f32.c 中，需要在工程中加入这两个 c 文件。
在 ST 库文件包中的文件目录如下：
\stm32f4_dsp_stdperiph_lib\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.1.0\Libraries\CMSIS\DSP_Lib\Source\FastMathFunctions
在 keil 安装目录下的文件目录如下：
\Keil\ARM\CMSIS\DSP_Lib\Source\FastMathFunctions
当用到更多数学运算， 如开根号，三角运算，求绝对值等等，客户也可以直接在工程中加入 ARM 中 的数学运算库arm_cortexM4lf_math.lib，而不需要一个个文件的添加，
在 ST 库文件包中的目录如下：
\stm32f4_dsp_stdperiph_lib\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.1.0\Libraries\CMSIS\Lib\ARM
在 keil 安装目录下的文件目录如下：
Keil\ARM\CMSIS\Lib\ARM

<img src="https://pic2.zhimg.com/v2-dbba49fc8ebe4a14ffdeec826dbaddc9_b.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="476" data-rawheight="526" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="476" data-original="https://pic2.zhimg.com/v2-dbba49fc8ebe4a14ffdeec826dbaddc9_r.jpg">

四. 结语
从测试效果看当使用了硬件浮点运算单元，数学计算变得简单高效，可以留给系统更多时间处理其他 控制程序， 有效提升系统效率，节省时间。

下载Keil 中使用 STM32F4xx 硬件浮点单元原文

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