分类： 嵌入式
2011-04-26 13:25:06
最近在学习ARM公司新推出的cortex-m4系列的ARM芯片，选用的是飞思卡尔的K60系列，它采用的就是cortex-m4核心。cortex-m4比cortex-m3多了个dsp处理单元。增加了dsp单元的优势是显而易见的：在涉及到大量的数学运算时可以采用dsp来处理，大大节约了运算时间和代码量。（K60的浮点运算单元是个可选的部件，由于我拿到的K60还不支持FPU，所以下面涉及到的浮点调试只能用仿真的方式进行）
最新的KEIL MDK-ARM开发环境已经增加了对cortex-m4的支持（我是用的是MDK-ARM Standard Version 4.20），包括仿真支持，也就是说即使你没有拿到开发板也可以来学习cortex-m4. 在器件选择中，这个版本已经增加了飞思卡尔K60系列，在新建工程时可以选择（我选择了Freescale Semiconductor--MK60X256VMD100这个器件）。下面写一下我自己的学习过程。
一、不使用K60的浮点运算单元。
在默认情况下，K60的浮点单元并没有被打开，一切浮点运算还是软件浮点。
①打开Keil uVision4，新建工程，选择保存路径，选择器件，找到Freescale Semiconductor，展开，在最下面选择MK60X256VMD100。程序问你是否添加这个系列的启动代码到工程中，选择 是（如果没有出现这个选项，可以自己在Keil的安装目录里找，自己添加，其路径为C:\Keil\ARM\Startup\Freescale\K60）。这时一个新的工程就建好了，默认增加了startup_MK60N512MD100.s这个启动文件。
②测试浮点运算。我们可以新建一个C文件，用来测试浮点运算使用的是软浮点还是硬浮点。新建c文件里的代码可以如下：
其中void SystemInit(void)这个函数是为了满足启动文件startup_MK60N512MD100.s中对SystemInit的调用，本来是对器件的初始化，这里只是做测试用，没有实际内容。（如果要得到完整的系统初始化函数，可以到Keil路径C:\Keil\ARM\Startup\Freescale\K60下找到system_MK60N512MD100.c，K60的头文件可以去Keil官方下载：）。 然后全部编译，进入调试状态，这里默认进入的是仿真调试。
在生成的汇编代码中我们可以看到以下内容：
0x000002B0 E92D41F0 PUSH {r4-r8,lr}
3: float a=3.14259265357,b=12.98635463738,result;
0x000002B4 480D LDR r0,[pc,#52] ; @0x000002EC
0x000002B6 4604 MOV r4,r0
0x000002B8 480D LDR r0,[pc,#52] ; @0x000002F0
0x000002BA 4605 MOV r5,r0
4: result=a*b*b;
0x000002BC 4629 MOV r1,r5
0x000002BE 4620 MOV r0,r4
0x000002C0 F000F8A6 BL.W _fmul (0x00000410)
可以看到，生成的汇编代码并没有使用浮点指令（一般是以V打头），进行乘法运算是调用在0x00000410处的_fmul函数来实现的，找到_fmul这个函数，可以发现进行浮点运算是用软件模拟的方式。
二、使用K60的浮点运算单元。
对于内部有浮点运算单元的K60，不使用FPU就是一种资源浪费，所以要开启它。由于默认并没有开启FPU运算，所以这里还有点小小的麻烦。
退出调试状态，在菜单中选择file--Device Database...，打开器件数据库，找到 Freescale Semiconductor--MK60X256VMD100 双击，在Options:中第一行后面添加空格，后面加入FPU2，这一行的最后变为CPUTYPE("Cortex-M4") ESEL ELITTLE FPU2，点击Update，再点击close关闭。 这样这个器件就修改好了。（注：为了防止把数据库中的器件搞乱，可以自己新建一个分类，增加一个器件，把K60这个器件的内容统统拷进这个新建的器件里，再在这个器件里面修改其属性）
器件修改完以后，可以再新建一个Keil工程，跟前面一样，选择被修改过的K60，添加启动代码，添加上面的main函数。这时我们可以打开工程属性窗口，看里面的设置：
Project--Options for Target 'Target1'...(或者直接按Alt+F7)，在Target选项卡中，在Code Generation区域可以找到Floating Point Hardware下拉框，默认选择了Use FPU.
工作还没有完成，cortex-m4在默认状态下寄存器并没有打开浮点运算，还要修改启动代码。在Reset_Handler函数中，找到 LDR R0, =__main 这个代码，在前面加入这几行：
上面这段代码设定寄存器开启了浮点运算单元，否则在执行浮点运算代码时会发生HardFault。
重新编译，进入调试状态，这时可以发现生成的汇编代码跟原来的不一样了：
3: float a=3.14259265357,b=12.98635463738,result;
0x000002B0 EDDF1A0E VLDR s3,[pc,#0x38]
0x000002B4 EEF00A61 VMOV.F32 s1,s3
0x000002B8 EDDF1A0D VLDR s3,[pc,#0x34]
0x000002BC EEB00A61 VMOV.F32 s0,s3
4: result=a*b*b;
0x000002C0 EE601A80 VMUL.F32 s3,s1,s0
0x000002C4 EE611A80 VMUL.F32 s3,s3,s0
0x000002C8 EEB01A61 VMOV.F32 s2,s3
所有的浮点运算都是调用的硬件浮点运算指令，在Register观察窗口中也多了个FPU寄存器列表。
