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 2020-08-15T11:35:15.553000    |      嵌入式学习    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     632 views
1.浮点运算指令浮点运算指令用于FPU单元的单精度浮点运算。浮点运算指令都是用V开头的汇编指令。只有在FPU开启的状态下,才能运行这些指令。如果在FPU没有开启的状态下,执行了浮点运算指令,系统会产生一个硬fault异常。2.为什么FPU需要Lazy Stacking当Cortex-M系列的芯片多了对浮点运算的支持之后,在中断响应和退出时会增加对FPU扩展寄存器的保护。入栈浮点寄存器组所带来的影响有如下几方面:a.增加stack frame所占的存储区域;b.增加中断响应延迟;c.在OS环境下,增加上下文切换时间;为了减少中断响应延迟和OS环境下的上下文切换时间,引入了FPU的Lazy Stacking机制。3.FPU Lazy Stacking简述Lazy Stacking机制在下面的情况下,会跳过对浮点寄存器组的入栈操作(仅预留浮点寄存器组S0~S15和FPSCR的存储空间),以避免中断延迟的增加:a.中断处理函数不使用FPU;b.被中断的程序未曾用到FPU;被中断函数使用了FPU,如果在执行中断处理函数时也用到了FPU,在执行到中断函数的第一条浮点指令时,内核会暂停,然后硬件自动将先前的浮点寄存器内容(S0~S15,FPSCR)压入预留的存储空间中。Lazy Stacking是可以通过软件使能和关闭的,如下述操作:a.使能Lazy Stacking必须同时置位FPCCR寄存器的LSPEN位和ASPEN位;b.清除FPCCR寄存器的LSPEN位可以关闭Lazy Stacking;关于FPCCR寄存器的LSPEN位和ASPEN位的组合情况有如下说明:FPCCR.ASPENFPCCR.LSPEN说明00取消自动状态保存。中断响应时不入栈FPU寄存器。应用场景:1. 应用中没有用到OS或者多任务调度,如果没有任何中断异常用到FPU。2. 在应用程序代码中只有一个中断用到FPU。如果有多个中断用到FPU,那么中断嵌套必须被禁止。可以通过把所有的中断优先级设置位相同优先级实现。10关闭Lazy Stacking,仅打开自动状态保存。如果用到FPU,CONTROL.FPCA位自动置1。中断响应时,硬件自动入栈S0~S15和FPSCR寄存器11打开Lazy Stacking,打开自动状态保存。如果用到FPU,CONTROL.FPCA位自动置1。如果响应中断时,CONTROL.FPCA为1,处理器在堆栈中预留FPU寄存器的空间,同时将FPCCR.LSPACT位置1。但是PFU寄存器并没有马上入栈,直到在中断处理函数中用到FPU时再入栈。01非法配置4.FPU Lazy Stacking用到的几个重要标志浮点寄存器入栈和出栈过程中用到的标志位:标志位说明CONTROL.FPCA0 = 当前上下文中没有用到FPU1 = 当前上下文中用到FPU这里的上下文,即表示普通的任务上下文,也表示中断上下文。FPCCR.LSPACT0 = 退出Lazy状态(实际入栈后被硬件清零或者中断返回时硬件清零)1 = 进入Lazy状态(栈帧中预留了FPU寄存器的空间,但没有实际入栈)EXC_RETURN[4]0 = 栈帧中包括了FPU寄存器空间1 = 栈帧中不包括FPU寄存器空间5.FPU Lazy Stacking使用实例下面的例子都是在使能了FPU的Lazy Stacking机制下进行说明的。(1).被中断的程序和中断程序中都没有使用到FPU,其示意图如下所示:(2).被中断的程序用到了FPU,中断程序中没有使用到FPU,其示意图如下所示:(3).被中断的程序和中断程序中都用到了FPU,其示意图如下所示:6.RTOS使用Lazy Stacking首先肯定是要使能FPU的Lazy Stacking,然后在PendSV切换任务的时候做下面的处理:(1).上文保存阶段:检测 EXC_RETURN 的 bit4(通过LR访问),如果该位为零,就入栈剩下的S16-S31 即可;如果该位为 1,则无需保存 FPU 寄存器,因为该任务未曾使用过 FPU。当然了这里有一个标志数据,表示当前任务是否使用了FPU,便于下次任务恢复时,确定是否需要从堆栈弹出内容到S16-S31。标志数据也压入当前任务的堆栈进行保存。(2).下文恢复阶段:从堆栈中弹出标志数据,判断待恢复的任务是否使用了FPU,如果使用了FPU,那么从堆栈中弹出内容到S16-S31;如果没有使用FPU,则不需要恢复FPU寄存器。接下来需要修改当前LR寄存器的内容,如果使用了FPU,LR(EXC_RETURN)的bit4需要清零,来保证在退出PendSV时将先前压入该任务堆栈的S0-S15和FPSCR寄存器出栈;如果没有使用FPU,LR(EXC_RETURN)的bit4需要置1,来告诉CPU该任务栈帧中不包括FPU寄存器内容,不需要进行出栈操作。对于S0-S15和FPSCR寄存器,如果任务使用了FPU,在进入到PendSV之前,就在任务堆栈中预留了存储空间,当执行上文保存阶段的S16-S31的入栈操作时,会首先将S0-S15和FPSCR寄存器压入先前堆栈预留的存储空间中,接着再将S16-S31压入堆栈。如果这篇文章对你有帮助,记得点赞和关注博主就行了^_^。
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