一般來說使用 arm 的平台很少會去注意是不是有 VFP 支援, 一般 Embedded Linux 內會用到數學函式運算的系統不多. (當然 Android 之後就變多了).

首先看來一個簡單的程式
[C]
int main(void){
double a=2.2,b=1.1,c;

c=a*b;
return 0;
}
[/C]
這時用 arm-linux-gcc 去 compile 這行程式, 預設是 software floating point
我們會看到, 程式會去呼叫 function __aeabi_mul 去運算 dmul.

[BASH]
# arm-linux-gcc -c -g -Wa,-a,-ad 1.c ; arm-linux-objdump -dS 1.o | less
[/BASH]

[TEXT]
c=a*b;
30: e24b002c sub r0, fp, #44 ; 0x2c
34: e8900003 ldm r0, {r0, r1}
38: e24b2024 sub r2, fp, #36 ; 0x24
3c: e892000c ldm r2, {r2, r3}
40: ebfffffe bl 0 <__aeabi_dmul>
44: e1a03000 mov r3, r0
48: e1a04001 mov r4, r1
4c: e50b301c str r3, [fp, #-28]
50: e50b4018 str r4, [fp, #-24]
[/TEXT]

如果是使用 VFP 呢? 只要簡單幾行指令就可以完成原來還要呼叫 eabi_dmul 的事情
[BASH]
# arm-linux-gcc -mfloat-abi=softfp -c -g -Wa,-a,-ad 1.c ; arm-linux-objdump -dS 1.o | less
[/BASH]
可以得到
[TEXT]
c=a*b;
30: ed1b6b0b vldr d6, [fp, #-44]
34: ed1b7b09 vldr d7, [fp, #-36]
38: ee267b07 fmuld d7, d6, d7
3c: ed0b7b07 vstr d7, [fp, #-28]
[/TEXT]

而 __eabi_dmul 藏在那邊呢? 答案就在 gcc 內
在 gcc source code , gcc/config/arm/arm.c: 內有這一行 define
set_optab_libfunc (smul_optab, DFmode, “__aeabi_dmul”);
而 gcc/config/arm/ieee754-df.S 內記錄著 aeabi_dmul 的實際 software code.
看起來落落長, 難怪效能差很多 :p

那 uclibc binary 有沒有支援 vfp 怎麼檢查呢 ?
我先暫時是去 dump libm.so 的內容, 如果有使用到 vldr, fmuld 之類的指令, 表示確實有用到 VFP 的指令.
[BASH]
# arm-linux-objdump -dS libm-0.9.31.so
[/BASH]
*註: 看起來 uclibc 會有自己的數學指令(不確定)

uclibc 要如何支援, 如果是用 buildroot, 在 uclibc 的 configure file 加上一行
[TEXT]
UCLIBC_EXTRA_CFLAGS=”-mfloat-abi=softfp”
[/TEXT]

編完 uclibc 之後, 我們可以用 objdump 看 libm.so 的 Assembly code
[BASH]
# arm-linux-objdump -D libm-0.9.31.so | less
[/BASH]

有 v 開頭的指令很多都是 vfp 的指令
[TEXT]
00007dd0 :
7dd0: e1a03001 mov r3, r1
7dd4: e3c32102 bic r2, r3, #-2147483648 ; 0x80000000
7dd8: e59f30a4 ldr r3, [pc, #164] ; 7e84
7ddc: e52de004 push {lr} ; (str lr, [sp, #-4]!)
7de0: e1520003 cmp r2, r3
7de4: e24dd01c sub sp, sp, #28 ; 0x1c
7de8: ec410b17 vmov d7, r0, r1
7dec: d3a02000 movle r2, #0 ; 0x0
7df0: d3a03000 movle r3, #0 ; 0x0
7df4: d3a0c000 movle ip, #0 ; 0x0
7df8: da000010 ble 7e40
7dfc: e59f3084 ldr r3, [pc, #132] ; 7e88
7e00: e1520003 cmp r2, r3
7e04: ce376b47 fsubdgt d6, d7, d7
7e08: cc510b16 vmovgt r0, r1, d6
[/TEXT]

最後測試 Library 的速度, 以下是測試 Code.
[C]
cat 1.c
#include
#include

int main(void){

double result,result2; int i,j,count=0;

for(j=0;j<10000;j++){ for(i=0;i<180;i++){ result = sin(i); result2 = sin(0-i); if(result == -result2){ count++; } } }

printf(” count:%d\n”, count);

return 0; } [/C] 無 VFP Library Support 的數據. [TEXT] count:1800000 real 0m 15.64s user 0m 15.64s sys 0m 0.00s [/TEXT] 有 VFP Library Support 的數據 [TEXT] count:1800000 real 0m 2.42s user 0m 2.42s sys 0m 0.00s [/TEXT] 差了 6.46 倍.

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我是使用 debian for ARM , gcc 4.4.2
[C]# cat f.c
int main()
{

float f1=1.2, f2=1.3;
f1 = f2*f1;
}[/C]
# gcc -mfpu=vfp -mfloat-abi=softfp -c f.c
# objdump -d f.o

f.o: file format elf32-littlearm

Disassembly of section .text:

00000000 :
0: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
4: e28db000 add fp, sp, #0
8: e24dd00c sub sp, sp, #12
c: eddf7a09 vldr s15, [pc, #36] ; 0x24
10: ed4b7a03 vstr s15, [fp, #-12]
14: eddf7a08 vldr s15, [pc, #32]
18: ed4b7a02 vstr s15, [fp, #-8]
1c: ed1b7a03 vldr s14, [fp, #-12]
20: ed5b7a02 vldr s15, [fp, #-8]
24: ee677a27 vmul.f32 s15, s14, s15
28: ed4b7a03 vstr s15, [fp, #-12]
2c: e28bd000 add sp, fp, #0
30: e8bd0800 pop {fp}
34: e12fff1e bx lr
38: 3f99999a .word 0x3f99999a
3c: 3fa66666 .word 0x3fa66666
有 vldr, vstr, vmul.f32 等 instruction .

# cat test2.c
[C]
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
void vfp_regs_load(float arrays[32])
{
asm volatile(“fldmias %0, {s0-s31}\n”
:
:”r”(arrays));
}
void vfp_regs_save(float arrays[32])
{
asm volatile (“fstmias %0, {s0-s31}”
:
:”r”(arrays));
}
void print_array(float array[32])
{
int i;
for(i=0; i<32; i++)
{
if(i%8==0)
printf(“\n”);
printf(“%f “,i, array[i]);
}
printf(“\n”);
}
int main()
{
unsigned int fpscr;
float f1=1.0, f2=1.0;
float farrays[32], farrays2[32];
int i;
fpscr = 0x130000;
asm volatile (“fmxr fpscr, %0\n”
:
:”r”(fpscr));
asm volatile (“fmrx %0, fpscr\n”
:”=r”(fpscr));
vfp_regs_save(farrays2);
for(i=0; i<32; i++) farrays[i] = f1+f2*(float) i; vfp_regs_load(farrays); vfp_regs_save(farrays2); printf(“\n1:ScalarA op ScalarB->ScalarD”);
vfp_regs_load(farrays);
asm volatile(“fadds s0, s1, s2”);
vfp_regs_save(farrays2);
print_array(farrays2);
printf(“\n2:VectorA[?] op ScalarB->VectorD[?]”);
vfp_regs_load(farrays);
asm volatile(“fadds s8, s24, s0”);
vfp_regs_save(farrays2);
print_array(farrays2);
printf(“\n3:VectorA[?] op VectorB[?]->VectorD[?]”);
vfp_regs_load(farrays);
asm volatile(“fadds s8, s16, s24”);
vfp_regs_save(farrays2);
print_array(farrays2);
}[/C]

Vector Instruciton 的範例

# ./a.out

1:ScalarA op ScalarB->ScalarD
5.000000 2.000000 3.000000 4.000000 5.000000 6.000000 7.000000 8.000000
9.000000 10.000000 11.000000 12.000000 13.000000 14.000000 15.000000 16.000000
17.000000 18.000000 19.000000 20.000000 21.000000 22.000000 23.000000 24.000000
25.000000 26.000000 27.000000 28.000000 29.000000 30.000000 31.000000 32.000000

2:VectorA[?] op ScalarB->VectorD[?]
1.000000 2.000000 3.000000 4.000000 5.000000 6.000000 7.000000 8.000000
26.000000 10.000000 28.000000 12.000000 30.000000 14.000000 32.000000 16.000000
17.000000 18.000000 19.000000 20.000000 21.000000 22.000000 23.000000 24.000000
25.000000 26.000000 27.000000 28.000000 29.000000 30.000000 31.000000 32.000000

3:VectorA[?] op VectorB[?]->VectorD[?]
1.000000 2.000000 3.000000 4.000000 5.000000 6.000000 7.000000 8.000000
42.000000 10.000000 46.000000 12.000000 50.000000 14.000000 54.000000 16.000000
17.000000 18.000000 19.000000 20.000000 21.000000 22.000000 23.000000 24.000000
25.000000 26.000000 27.000000 28.000000 29.000000 30.000000 31.000000 32.000000

1:ScalarA op ScalarB->ScalarD
單純的二個浮點運算
2:VectorA[?] op ScalarB->VectorD[?]
一個 Vector * Scalar 運算
3:VectorA[?] op VectorB[?]->VectorD[?]
Vector * Vector 運算

Ref.

ARM VFP的一点体会 寫的不錯, 範例很好, 就.. 照作一次就 OK 了
VFP11 VectorFloating-point Coprocessor Technical Reference Manual
for ARM1136JF-S processorr1p5

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