See Mips run 之 浮点支持

一般来说，若要支持浮点，必须支持IEEE745， IEEE745主要规定了：

• 硬件支持的浮点操作

  结果的舍入和精度，4种选项

  什么时候一个结果被看作是异常：除以0或负数平方根或其他等。。

  当一个操作产生异常结果时采取的动作：用户让计算中断并发出信号 或者 不想让用户知道给出一个规定的值。

• 软件仿真的操作
• 存储方式

  包括指数，尾数和符号位。例如，MIPS单精度和双精度存储结构如下：

支持浮点计算一般有两种方法：

• 硬件实现
• 软件仿真

IEEE异常处理

浮点协处理器拥有专门的浮点寄存器和浮点流水线，对于产生IEEE异常结果时，协处理器可以选择：

• 硬件信号报告

这样会导致停止整个流水线

• 硬件自陷

这要求在去指令的时决定是否自陷。自陷的结果一般交给软件实现的自陷处理程序处理（实际上就是异常处理程序）或者产生默认的结果（例如溢出异常会产生一个无穷大的值）

浮点协处理器寄存器

• 32/64通用寄存器，支持单精度和双精度计算
• 控制寄存器，FCSR/FIR/FCR/FEXR/FENR
• 控制寄存器通过指令ctc1/cfc1来操作浮点寄存器访问，通用寄存器和其他通用寄存器访问方式一样。

指令集

汇编程序需要考虑时序问题：

修改浮点协处理器的控制寄存器和状态寄存器时，会影响浮点流水线的结果。一般在ctc1之后加上一两条nop

浮点和通用寄存器之间的数据传送完成的时间比较晚，因此后续的指令要使用传送的结果需要等待

浮点寄存器加载和整数加载一样慢，后面紧跟的指令不能立即使用刚加载的值

测试指令和分支，条件分支不能紧跟测试指令之后

现代MIPS FPU常常是完全流水线化的，允许每个始终启动一个心的浮点乘法、加法或者乘加计算，但是如果你要在下一个指令使用某天指令的结果的花，就会让程序停下来等待。对于浮点来说，乘法和加减法一样快。一般将除法转换为乘法进行加速。

即需初始化和使能

FPU使能后，在中断和上下文切换时需要保存和恢复浮点寄存器。所以：

 新任务默认禁止浮点（这样不需要保存和恢复浮点寄存器）

 当发生CU1不可用的自陷时，表示该任务为浮点用户，返回之前使能浮点。

 当处于核心态或中断例程直接间接调用的软件中，禁止浮点（这样可以避免中断时保存浮点寄存器）

应当用你选用的舍入模式和自陷使能设置控制/状态寄存器。

即需初始化和使能一般发生在进程切换。

• 初始化

在进程第一次使用浮点部件的时候，由于浮点部件默认是不可用的，因此会产生浮点部件不可用异常，异常检查进程是否是第一次使用，如果是第一次使用则初始化task_struct ,thread_info等结构体相应的标识，并打开浮点部件。

• 浮点现场保存

在进程切换的时候检查进程是否使用了浮点部件（即检查上述初始化的标识），如果没使用则不保存，否则保存现场并关闭浮点部件。

• 浮点现场恢复

浮点现场恢复并不是在进程切换的时候，而是在进程切换后第一次使用浮点部件的时候。因为进程切换后浮点部件一定是关闭的。（原因是浮点部件默认关闭，而且即使前一个进程打开了浮点部件，切换时也会关闭）。在第一次使用时会产生浮点部件不可用例外，例外检查到进程不是第一次使用浮点部件则恢复浮点部件现场，并打开浮点部件。

浮点仿真

对于不支持浮点协处理器来说，一般通过软件浮点库或者自陷仿真程序支持浮点计算

软浮点：计算操作使用库函数实现，数据传送加载存储使用和整数一样的方式处理

自陷和仿真：硬件检测到浮点指令而发生自陷

不管是那种方式，仿真比硬件实现要慢50-300倍

MIPS浮点相关编译选项

-mfp32

Assume that floating-point registers are 32 bits wide.

假定浮点寄存器32bit.

-mfp64

Assume that floating-point registers are 64 bits wide.

 假定浮点寄存器64bit.

-mhard-float

Use floating-point coprocessor instructions. 使用浮点协处理器指令.

-msoft-float

Do not use floating-point coprocessor instructions. Implement floating-point calculations using library calls instead.  不时用浮点协处理器指令. 而使用浮点库.

 

-msingle-float

Assume that the floating-point coprocessor only supports single-precision operations.

设定浮点协处理器只支持单精度操作.

-mdouble-float

Assume that the floating-point coprocessor supports double-precision operations. This is the default. 双精度操作.