STM32F4 FPU浮点运算单元

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。

STM32F4 属于 Cortex M4F 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。

STM32F4 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 STM32F4 的硬件 FPU，该寄存器各位描述如图 51.1.1.1 所示：

                           图 51.1.1.1 协处理器控制寄存器（CPACR）各位描述

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 STM32F4 内置的硬件 FPU 了。CPACR 寄存器这 4 个位的设置，

我们在 system_stm32f4xx_c 文件里面开启，代码如下：

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

……//省略部分代码

}

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 STM32F4 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 F4 是带 FPU 功能的，所以在我们的 stm32f4xx.h 头文件里面，我们默认是定

义了__FPU_PRESENT 为 1。大家可以打开文件搜索即可找到下面一行代码：

#define __FPU_PRESENT 1

但是，仅仅只是说明处理器有 FPU 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 STM32f4xx.h 中定义宏定义标识符__FPU_USED 的值为 1。也

可以直接在 MDK 编译器上面设置，我们在 MDK5 编译器里面，点击

按钮，然后在 Target

选项卡里面，设置 Floating Point Hardware 为 Use Single Precision，如图 51.1.1.2 所示：

                                          图 51.1.1.2 编译器开启硬件 FPU 选型

经过这个设置，编译器会自动加入标识符__FPU_USED 为 1。这样遇到浮点运算就会使用

硬件 FPU 相关指令，执行浮点运算，从而大大减少计算时间。

最后，总结下 STM32F4 硬件 FPU 使用的要点：

1， 设置 CPACR 寄存器 bit20~23 为 1，使能硬件 FPU。

2， MDK 编译器 Code Generation 里面设置：Use FPU。

经过这两步设置，我们的编写的浮点运算代码，即可使用 STM32F4 的硬件 FPU 了，可以

大大加快浮点运算速度。

转了等于我会了~真是个小机灵鬼呢~

附：UCOSIII移植过程中，似乎是低版本的不支持FPU,在移植到STM32F4系列时，有浮点计算时任务不执行，在PendSv_Handle中，并未对浮点处理寄存器做进出栈的操作。最新的ucosIII好似更新到了V3.09版本呢，官网的Release文档也有相关FPU的更新说明，但是我依然选择在UCOSIIIde V3.0.4版本上更新，借助网络上前辈的荫，成功解锁了UCOSIII移植到STM32F4系列的FPU使用