使用STM32F4XX自带数学库"arm_math.h" include, 文件夹, 数学

yuyang911220

STM32-F4属于Cortex-M4F构架，这与M0、M3的最大不同就是具有FPU（浮点运算单元），支持浮点指令集，因此在处理数学运算时能比M0/M3高出数十倍甚至上百倍的性能，但是要充分发挥FPU的数学性能，除了#include “arm_math.h”（而非用编译器自带的math.h）以外，（arm_math.h位于\Libraries\CMSIS\Include文件夹）还需要进行设置。
1、代码设置
    如果没有启动FPU而使用数学函数运算时，CPU执行时认为遇到非法指令而跳转到HardFault_Handler()中断函数中死循环。因此，需要在系统初始化时开启FPU。在system_stm32f4xx.c中的SystemInit()函数中添加如下代码：
  /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
  #endif

2、编译控制
    从上面的代码可以看出，当__FPU_PRESENT=1且__FPU_USED=1时，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。但是对于复杂运算要充分发挥M4F的浮点功能，就需要使用固件库自带的arm_math.h而非编译器自带的math.h，这个文件根据编译控制项（__FPU_USED ==1）来决定是使用哪一种函数方法：如果没有使用FPU，那就调用keil的标准math.h头文件中定义的函数；如果使用了FPU，那就是用固件库自带的优化函数来解决问题。
    在arm_math.h开头部分有一些编译控制信息：
#ifndef _ARM_MATH_H
#define _ARM_MATH_H
#define __CMSIS_GENERIC              /* disable NVIC and Systick functions */
#if defined (ARM_MATH_CM4)
  #include "core_cm4.h"
#elif defined (ARM_MATH_CM3)
  #include "core_cm3.h"
#elif defined (ARM_MATH_CM0)
  #include "core_cm0.h"
#else
#include "ARMCM4.h"
#warning "Define either ARM_MATH_CM4 OR ARM_MATH_CM3...By Default building on ARM_MATH_CM4....."
#endif
#undef  __CMSIS_GENERIC              /* enable NVIC and Systick functions */
  #include "string.h"
  #include "math.h"

    从中可以看出，为了使用STM32F4的arm_math.h，我们需要定义ARM_MATH_CM4；否则如果不使用CMSIS的库，就会调用Keil自带的math.h。
    另外，定义控制项__CC_ARM在某些数学函数中会使用VSQRT指令（浮点运算指令），运算速度比Q指令要快很多。
    总结一下，需要在Project->Options for target"XXXX"）中的C/C++选项卡的Preprocessor Symbols栏的Define中加入如下的语句：ARM_MATH_CM4, __FPU_PRESENT=1, __FPU_USED =1, __CC_ARM。