SW4STM32でFPUによる単精度浮動小数点演算を行う

はじめに

ARM Cortex-M4FシリーズのMCUは単精度のFPUを搭載していて，浮動小数点演算を行うことができる．

Cortex-M4FシリーズであるSTM32マイコンをSystem Workbench for STM32 (SW4STM32)で扱うときに，FPUを使って演算を行うためのメモ．

なお，環境はmacOS Mojave，SW4STM32 v2.8．ボードはNucleo F411REとした．

また，C Standard Libraryのmath.hを使うこととする．

環境整備

まず，SW4STM32でFPUを使うための設定を行う．

MCU設定

Project Explorerでプロジェクトを選択し，メニューバーの"Project">"Properties"をクリックする．

"C/C++ Build">"Settings"をクリックする．

"MCU Settings"にて，"Floating point hardware"を"fpv4-sp-d16"に，"Floating-point ABI"を"softfp"に設定する．

リンカ設定

C Standard Libraryのmath.hを使うため，"MCU GCC Linker">"Libraries"にて，"m"を追加する．
(本来は"-lm"だが，"-l"は自動的に付加される)

コーディング

math.hのインクルード

これはいつもと同じ．

main.c

/* Private includes ------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <math.h>
/* USER CODE END Includes */

演算部分

演算するコードを書く際は，扱う全ての値をfloatにすること．

数値リテラルは，末尾にfをつけておく．例えばfを付けずに100.0と記述すると，doubleとして演算されてFPUが使われない．当たり前だが，定数はdefineではなく，const floatを使えば自動的にfloatになるので安心である．

もちろん変数はfloatにする必要があるが，関数もfloatを返すものにする．例えば正弦関数ならsinf()となる．

main.c

// Global ///////////////////////////
// 定数はconst floatが無難．
const float Scale = 0.5;
// #defineを使う場合は以下．
// #define Scale (0.5f)

// 変数ももちろんfloatにする．
float SinTable[500];

// main /////////////////////////////
// 円周率は"M_PI"で定義される．
const float dt = 2.0f * M_PI / 500.0f;
for( uint32_t i = 0; i < 500; i++ ){
    // sinはsinfなど単精度のものを使う．
    SinTable[i] = 100.0f * sinf( dt * i );
}

/////////////////////////////////////
// 定数にはfをつける．
float result = Scale * SinTable[10] + 100.0f;

FPUが使われていることの確認

SW4STM32に逆アセンブルリストを吐かせることで，FPUが使われているかを確認することができる．

SW4STM32で逆アセンブルリストを出力する - Qiita

生成された逆アセンブラリストを開き，Cのソースに該当する部分のアセンブラ命令を確認する．

例えば，VMUL，VMLA，VMLS，VNMUL，VNMLA，VNMLSなどは浮動小数点乗算および積和を行う命令であるから，以下のようになった場合，FPUを使った演算が行われていることが確認できる．

以上．