在WEC7主板上启动VFP硬件浮点处理器

　　关于ARM指令

　　英创公司开发的基于WEC7的工控主板目前包括3种型号：

主板型号CPU架构其他重要技术指标

ESM6802Cortex-A9双核　ESMARC主板架构体系，主推产品型号

ESM3354 / ESM3352Cortex-A8　ESMARC主板架构体系，主推产品型号

EM335x / EM3352Cortex-A8　成熟产品型号

　　在使用英创的WEC7主板时，用户需要使用Visual Studio 2008（简称VS2008）来开发其应用程序。尽管Cortex-A8和Cortex-A9处理器均支持性能更高的ARMv7指令集，但微软在VS2008中所仍然使用ARMv4i指令集的通用arm编译器（编译器版本号为：15.00.20720）。而A8、A9处理器所带的矢量浮点处理器（Vector Float-Point Processor）都需要在ARMv7指令下才能正常启动运行。换句话说，在ARMv4i指令集下，对浮点的处理仍然是采用软件仿真包来实现，而没有用到高端ARM处理器自带的硬件浮点处理器。这对涉及大量浮点处理应用的客户来说是很遗憾的事。

　　本文将以ESM3354为测试平台，介绍在现有VS2008基础上实现硬件浮点处理的方法。

编译器及SDK的准备

　　我们为需要浮点处理的客户准备了ARMv7编译工具以及基于ARMv7工具的SDK，具体如下表所示：

ARMv7编译工具包ms-armv7-compiler.tar 编译器版本 15.01.50304.03

ESM335x  SDK　ESM335XARMV7SDK.msi

ESM6802  SDK　ESM6802ARMV7SDK.msi

　　客户需要首先安装新的AMRv7的SDK，ARMv7的SDK与原来的ARMv4i的SDK是独立并行的，并不需要卸载原来的SDK。安装完成后，再把ARMv7编译器工具包解压到本地硬盘上，例如D:\ms-armv7-compiler。

建立测试程序1

　　打开VS2008，建立测试程序3354_armv7_t1，平台（platform）选择ESM335XARMV7SDK，用户可以看到其指令集显示为armv7：

　　点击，选择Console Application，

　　最后点击，进入代码窗口。以下是测试的完整代码，客户可拷贝粘贴到所生成的代码窗口区域中。

　　// 3354_armv7_t1.cpp : Defines the entry point for the console application.

　　//

　　#include "stdafx.h"

　　int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

　　{

　　    doublef1 = 2.200002;

　　    doublef2 = 2.200001;

　　    doubleans = 1.0;

　　    longiterations = 5 * 1000 * 1000;

　　　　DWORDdwStartTick, dwEndTick;

　　　　_tprintf(TEXT("Microsoft compiler version: %d\r\n"),_MSC_FULL_VER);

　　　　_tprintf(TEXT("ARM instruction set: %d\r\n"),_M_ARM);

　　　　if(argc > 1)

　　　　{

　　　　   f1 = _wtof(argv[1]);

　　　　}

　　　　if(argc > 2)

　　　　{

　　　　   f2 = _wtof(argv[2]);

　　　　}

　　　　if(argc > 3)

　　　　{

　　　　　　iterations = _wtoi(argv[3]) * 1000 * 1000;

　　　　}

　　　　dwStartTick = GetTickCount();

　　　　wprintf(L"f1=%f f2=%f loop=%d starting...%d\r\n", f1, f2, iterations, dwStartTick);

　　　　for(int i=0; i<iterations; i++)

　　　　{

　　    　　ans *= f1;

　　　　    ans /= f2;

　　    }

　　　　dwEndTick = GetTickCount();

　　    wprintf(L"ans = %f %d loop/msec end...%d\r\n", ans, (int)(iterations/(dwEndTick - dwStartTick)), dwEndTick);

　　    return 0;

　　}

设置编译器路径

　　准备好测试程序后，首先需要把ARMv7编译器加入到VS2008中，具体设置方法是在菜单栏中选择 Tools -> Options -> Projects and Solutions -> VC++ Directories，然后选择页面的Platform栏目中选择ESM335XARMV7SDK(ARMv7)，最后在路径栏目中添加新路径如下：

　　编译器路径设置，对一个平台只需要设置一次。也就是对本机说，当创建其他基于ESM335XARMV7SDK的应用程序时，都不需要再重复设置编译器路径了。

设置应用程序编译链接选项

　　从工具栏点击Project -> Properties -> C/C++ -> Command Lines，添加ARMv7指令选项以及浮点处理选项：“/QRarch7 /QRfpe- /arch:VFPv3-D32”如下：

　　各个选项的功能微软的大致解释如下：

　　●　/QRarch7　　　　　　　　　// -> ARMv7 Architecture

　　●　/QRfpe-　　　　　　　　　// -> Enable Hardware Floating-Point Targeting (Compact 7)

　　●　/arch:VFPv3-D32　　　　　// -> 使用VFP内部的32个64位寄存器

　　由于ARMv7编译器并不知道VS2008的基本环境库路径，也需要通过菜单添加：Project -> Properties -> Linker -> General，在Additional Library Directories栏加入：

　　“C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\ce\lib\armv4i”

　　设置的界面为：

　　设置完成后，就可Build测试程序，并下载至目标板上运行。该测试程序在ESM335x和EM335x两个系列的主板上均可正常运行：

　　这里“19455 loop/msec”表示每ms的循环次数，是反应计算能力的主要参数。

测试结果比较

　　按构造上述测试程序的方法，可方便地构造一个使用VS2008缺省编译器（ARMv4i）的t1程序，以进行比较。进一步地，我们在t1主循环中增加一行超越函数计算，构成测试程序t2：

   for(int i=0; i<iterations; i++)

   {

     ans *= f1;

     ans /= f2;

     ans = cos(ans);       //t2新加代码

   }

　　为了更全面比较测试结果，我们还在Linux版本上运行相同测试程序，进行编译器的横向对比。

　　整个测试的综合结果如下表所示：

t1t2

　CL-15.00.20720  (armv4i)　6858  loop/ms　644  loop/ms

　CL-15.01.50304.03  (armv7)　19455  loop/ms　687  loop/ms

　Improvement　2.83  (+183%)　1.07(+7%)

　Gcc-4.4.1+soft  (armv7-a)　1921  loop/ms　470  loop/ms

　Gcc-4.4.1+vfp  (armv7-a)　13857  loop/ms　587  loop/ms

　improvement　7.2  (+620%)　1.25  (+25%)

　　上表的改进栏目中是ARMv7运行速度相对ARMv4i速度的倍数，括号内为提高的百分比。测试程序t1评估的是常规的浮点计算，使能VFP后，是有明显改进的；而且Linux版本的相对改进更大。但加入超越函数后，VFP的硬件优势就几乎全部丧失了。我们理解ARM的VFP与传统x86的协处理器（Co-processor）在对超越函数的处理上还是差别很大的，基本上还是采用多项式级数来合成的，本来设置VFP的主要目的也是面向数字滤波、图形处理这类以乘加为主要特色的浮点处理，对数学超越函数的处理确实不在行。

小结

　　对需要大量使用乘加类型浮点处理的应用，采用本文的方法启动ARMv7指令及VFP浮点处理器，是能够大大改善应用程序的性能的。对超越函数的处理，需要转换成表格方式处理，而规避直接的计算，以保持程序总的处理性能。

　　微软在VS2008配置的ARMv4i编译器，其性能明显优于Linux平台中使用的开源GCC编译器，估计这也是微软保留这款编译器的原因之一。关于ARMv7指令相对ARMV4i指令的性能比较，第三方公司已做详细测试，感兴趣的客户可向英创索取相关文档。

　　有需求客户可向英创索取ARMv7编译器以及相应的SDK，英创公司的技术支持邮箱为：support@emtronix.com