轉自：https://www.cnblogs.com/Akagi201/archive/2012/03/31/2427063.html
浮點
ARM VFP 的浮點功能為汽車動力系統、車身控制應用和圖像應用（如打印中的縮放、轉換和字體生成以及圖形中的 3D 轉換、FFT 和過濾）中使用的浮點運算提供增強的性能。下一代消費類產品（如 Internet 設備、機頂盒和家庭網關）可直接從 ARM VFP 受益。
VFP 應用
工業和汽車領域中的許多實時控制應用都得益於 ARM VFP 提供的浮點的動態范圍和准確性。汽車動力系統、防抱死制動系統、牽引控制和主動懸架系統都是關鍵業務應用，它們對准確性和可預測性的要求必不可少。
VFP 體系結構版本
在 ARMv7 體系結構之前，VFP 代表矢量浮點體系結構，並曾用於矢量運算。
對於許多應用來說，設置硬件浮點至關重要，並且硬件浮點可用作使用高級設計工具（如 MatLab、MATRIXx 和 LabVIEW）直接對系統建模和派生應用程序代碼的片上系統 (SoC) 設計流程的一部分。在與 NEON™ 多媒體處理功能結合使用時，硬件浮點可用於增強圖像應用程序的性能（如縮放、2D 和 3D 轉換、字體生成和數字過濾）。
迄今為止，VFP 主要有三個版本：
<ol>- VFPv1 已廢棄。要獲取詳細信息，可向 ARM 發送相關請求。
- VFPv2 是對 ARMv5TE、ARMv5TEJ 和 ARMv6 體系結構中 ARM 指令集的可選擴展。
- VFPv3 是對 ARMv7-A 和 ARMv7-R 配置文件中 ARM、Thumb® 和 ThumbEE 指令集的可選擴展。可使用 32 個或 16 個雙字長寄存器實現 VFPv3。術語 VFPv3-D32 和 VFPv3-D16 用於區別這兩個實現選項。可通過半精度擴展對 VFPv3 進行擴展，這些擴展可在半精度浮點和單精度浮點之間提供雙向轉換功能。</ol>
VFP9-S
ARM VFP9-S 可合成矢量浮點 (VFP) 協處理器與所有 ARM9E™ 系列處理器內核兼容。它支持單精度和雙精度浮點；使 ARM 支持軟件完全符合 IEEE754，或僅使硬件大致符合 IEEE754。支持代碼包含兩個組件：例行程序庫和一組異常處理程序，前者執行未實現函數（如超越函數）和一些支持的函數（如除法），后者用於處理異常情況。
VFP9-S 功能
- ARM VFPv2 ISA
- 16 個雙精度或 32 個單精度寄存器
- 使 ARM 支持代碼完全符合 IEEE754
- 大致符合 IEEE754 的快速運行模式（僅硬件）
- 與 VFP10 和 VFP11 保持二進制兼容
- 可使用支持工具和單元庫移植到任何工藝
- 100 - 130K 門
- 1.3Mflops/MHz
- 面積 <1.0mm2 TSMC 0.13µm G
- 180 - 210MHz（最壞情況）TSMC 0.13µm G
- <0.4mW/MHz（典型情況）功耗 TSMC 0.13µm G
VFP9-S 優點
ARM VFP9-S 的矢量處理功能對汽車動力系統、車身控制應用和圖像應用（如打印中的縮放、轉換和字體生成以及圖形中的 3D 轉換、FFT 和過濾）中使用的浮點體系結構提供增強的性能。下一代消費類產品（如 Internet 設備、機頂盒和家庭網關）可直接從 ARM VFP9 受益。
VFP9-S 應用
- 汽車控制應用：
- 動力系統
- ABS、牽引控制和主動懸架
- 3D 圖形
- 數字消費類產品
- 機頂盒、游戲機
- 圖像
- 激光打印機、靜態數碼相機、數碼攝像機
- 工業控制系統
- 運動控制
工業和汽車領域中的許多實時控制應用都得益於 ARM VFP9-S 提供的浮點的動態范圍和准確性。汽車動力系統、防抱死制動系統、牽引控制和主動懸架系統都是關鍵業務應用，它們對准確性和可預測性的要求必不可少。
將 VFP9-S 整合到 SoC 設計中后，可使開發速度更快、性能更可靠，因為技術計算工具（MatLab、MATRIxx 等）可用於直接對系統建模和派生應用程序代碼，從而確保系統設計行為更准確、可靠和可預測。
VFP10
ARM VFP10 是硬宏單元矢量浮點 (VFP) 協處理器，與所有 ARM10E™ 系列的 CPU 內核兼容。它支持單精度和雙精度浮點；使 ARM 支持軟件完全符合 IEEE754，或僅使硬件大致符合 IEEE754。支持代碼包含兩個組件：例行程序庫和一組異常處理程序，前者執行未實現功能（如超越函數）和一些支持的功能（如分割），后者用於處理異常情況。
VFP10 功能
- ISA 是 ARM VFPv2
- 16 個雙精度或 32 個單精度寄存器
- 具有 64 位 LD/ST 接口的大型獨立寄存器文件
- 使 ARM 支持代碼完全符合 IEEE754
- 大致符合 IEEE754 的快速運行模式（僅硬件）
- 與 VFP9 和 VFP11 保持二進制兼容
- 標量和矢量操作支持（FP DSP 的理想選擇）
- 並行 LD/ST、FMAC 和 DIV/SQRT 執行引擎
- 2.0Mflops/MHz
- 面積 ~1.16mm 2 TSMC 0.13µm LV
- 最多 325MHz（最壞情況）TSMC 0.13µm LV
- <0.4mW/MHz（典型情況）功耗 TSMC 0.13µm LV
VFP10 指令集 (VFPv2)
- 運算：
- Add、Sub、Mult、Neg-Mult、Negate、Abs Value、Compare、Div、Square Root
- FMAC（單版本和雙版本）：
- Multiply-Add、Multiply-Subtract、Neg-Multiply-Add、Neg-Multiply-Subtract
- 類型轉換
- 加載/存儲標量和矢量，64 位/周期
VFP10 優點
ARM VFP10 的矢量處理功能為汽車動力系統、車身控制應用和圖像應用（如打印中的縮放、轉換和字體生成以及圖形中的 3D 轉換、FFT 和過濾）中使用的浮點體系結構提供增強的性能。下一代消費類產品（如 Internet 設備、機頂盒和家庭）可直接從 ARM VFP10 受益。
許多應用程序本身可從浮點的動態范圍和准確性中受益。許多應用程序將移至到嵌入式應用程序，這些應用程序多年來始終基於浮點。推出 VFP10 后，可使用技術計算工具（如 MatLab 或 MATRIxx）輕松轉換到嵌入式領域。
VFP10 應用
汽車控制應用
- 動力系統
- ABS
- 牽引控制和主動懸架
- 數字消費類產品
- 機頂盒、游戲機
- 3D 圖形
- FFT 和 FIR 過濾
- 圖像
- 激光打印機、靜態數碼相機、數碼攝像機
- 工業控制系統
- 運動控制
工業和汽車領域中的許多實時控制應用程序均從 ARM VFP10 提供的動態范圍和准確性中受益。汽車動力系統、防抱死制動系統、牽引控制和主動懸架系統都是關鍵業務應用程序，它們對准確性和可預測性的要求必不可少。將 VFP10 整合到 SoC 設計中后，可使開發速度更快、性能更可靠，因為技術計算工具（MatLab、MATRIxx 等）可用於直接對系統建模和派生應用程序代碼，從而確保系統設計行為更准確、可靠和可預測。
查看http://linux.chinaunix.net/bbs/thread-1125926-1-1.html可能有所收獲
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早期的ARM沒有協處理器，所以浮點運算是由CPU來模擬的，即所需浮點運算均在浮點運算模擬器（float math emulation）上進行，需要的浮點運算，常要耗費數千個循環才能執行完畢，因此特別緩慢。
直到今天，在ARM Kernel配置時，都有如下選項：
Floating point emulation --->
[ ] NWFPE math emulation
[ ] FastFPE math emulation (EXPERIMENTAL)
在這里，可以配置ARM 浮點模擬器。
浮點模擬器 模擬浮點是利用了undefined instrction handler，在運算過程中遇到浮點計算是產生異常中斷，這么做帶來的后果是帶來極頻繁的exception，大大增加中斷延遲，降低系統實時性。
二：軟浮點技術：
軟浮點支持是由交叉工具鏈提供的功能，與Linux內核無關。當使用軟浮點工具鏈編譯浮點操作時，編譯器會用內聯的浮點庫替換掉浮點操作，使得生成的機器碼完全不含浮點指令，但是又能夠完成正確的浮點操作。
三：浮點協處理器：
在較新版本的ARM中，可以添加協處理器。 一些ARM CPU為了更好的處理浮點計算的需要，添加了浮點協處理器。
並定義了浮點指令集。 如果不存在實際的硬件，則這些指令被截獲並由浮點模擬器模塊(FPEmulator)來執行。
四: 硬件浮點協處理器以及對應指令集的使用:
想要使用硬件浮點協處理器來幫助運算Application中的浮點運算。需要以下幾個前提條件：
1. Kernel中設置支持硬件協處理器。
2. 編譯器支持將浮點運算翻譯成硬件浮點運算指令，或者在需要浮點運算的時候手動調用相應的浮點運算指令。
1. Kernle的支持：
如果Kernel不支持浮點協處理器，則因為協處理器寄存器等使用權限等問題，協處理器對應指令無法運行。
網絡上有位高手指出：
CP15 c1 協處理器訪問控制寄存器，這個寄存器規定了用戶模式和特權對協處理器的訪問權限。我們要使用VFP當然要運行用戶模式訪問CP10和CP11。
另外一個寄存器是VFP的FPEXC Bit30這是VFP功能的使用位。
其實操作系統在做了這兩件事情之后，用戶程序就可以使用VFP了。當然，Kernel 除了這2件事外，還處理了其他一些事情。
Floating point emulation --->
[*] VFP-format floating point maths
Include VFP support code in the kernel. This is needed IF your hardware includes a VFP unit.
2. 編譯器指定浮點指令：
編譯器可以顯式指定將浮點運算翻譯成何種浮點指令。
如果編譯器支持軟浮點，則其可能會將浮點運算翻譯成編譯器中自帶的浮點庫。則不會有真正的浮點運算。
否則，可以翻譯成FPA(Floating Point Accelerator)指令。 FPA指令再去查看是否有浮點模擬器。
還可以將浮點運算指定為VFP（vector floating point）指令或者neon向量浮點指令。
五. 編譯器指定編譯硬浮點指令:
測試浮點加減乘除等運算的時間長度：
float src_mem_32[1024] = {1.024};
float dst_mem_32[1024] = {0.933};
for(j = 0; j < 1024; j++)
{
for(i = 0; i < 1024; i++)
{
src_32 = src_mem_32[i] + dst_mem_32[i];
}
}
通過printf 計算前后毫秒數的差值來看計算能力。
編譯：
arm-hisiv200-linux-gcc -c -Wall fcpu.c -o fcpu.o
arm-hisiv200-linux-gcc fcpu.o -o FCPU -L./
運行，則得到32位浮點數加1024次所需要時間。
如果要使用VFP呢？
arm-hisiv200-linux-gcc -c -Wall -mfpu=vfp -mfloat-abi=softfp fcpu.c -o fcpu.o
arm-hisiv200-linux-gcc -Wall -mfpu=vfp -mfloat-abi=softfp fcpu.o -o FCPU -L./
則運行后發現，所需要時間幾乎減小了一半。 說明還是非常有效果的。
關於-mfpu -mfloat-abi講解：見附錄2。
另外，如何才能在直觀的檢查出是否使用VFP呢？
可以通過察看編譯出的ASM程序得到結論。
#arm-hisiv200-linux-objdump -d fcpu.o
00000000 <test_F32bit_addition>:
0: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
4: e28db000 add fp, sp, #0
8: e24dd00c sub sp, sp, #12
c: e3a03000 mov r3, #0
10: e50b300c str r3, [fp, #-12]
14: e3a03000 mov r3, #0
18: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
1c: e3a03000 mov r3, #0
20: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
24: ea000017 b 88 <test_F32bit_addition+0x88>
28: e3a03000 mov r3, #0
2c: e50b300c str r3, [fp, #-12]
30: ea00000d b 6c <test_F32bit_addition+0x6c>
34: e51b200c ldr r2, [fp, #-12]
38: e59f3064 ldr r3, [pc, #100] ; a4 <test_F32bit_addition+0xa4>
3c: e0831102 add r1, r3, r2, lsl #2
40: ed917a00 vldr s14, [r1]
44: e51b200c ldr r2, [fp, #-12]
48: e59f3058 ldr r3, [pc, #88] ; a8 <test_F32bit_addition+0xa8>
4c: e0831102 add r1, r3, r2, lsl #2
50: edd17a00 vldr s15, [r1]
54: ee777a27 vadd.f32 s15, s14, s15
58: e59f304c ldr r3, [pc, #76] ; ac <test_F32bit_addition+0xac>
5c: edc37a00 vstr s15, [r3]
60: e51b300c ldr r3, [fp, #-12]
64: e2833001 add r3, r3, #1
68: e50b300c str r3, [fp, #-12]
6c: e51b200c ldr r2, [fp, #-12]
70: e59f3038 ldr r3, [pc, #56] ; b0 <test_F32bit_addition+0xb0>
74: e1520003 cmp r2, r3
78: daffffed ble 34 <test_F32bit_addition+0x34>
7c: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8]
80: e2833001 add r3, r3, #1
84: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
88: e51b2008 ldr r2, [fp, #-8]
8c: e59f301c ldr r3, [pc, #28] ; b0 <test_F32bit_addition+0xb0>
90: e1520003 cmp r2, r3
94: daffffe3 ble 28 <test_F32bit_addition+0x28>
98: e28bd000 add sp, fp, #0
9c: e49db004 pop {fp} ; (ldr fp, [sp], #4)
a0: e12fff1e bx lr
這里明顯包含vfp指令。 所以是使用vfp指令的：
arm-hisiv200-linux-gcc -c -Wall -mfpu=vfp -mfloat-abi=softfp fcpu.c -o fcpu.o
注意：VFP 指令指令在附錄1中。
如果使用：
arm-hisiv200-linux-gcc -c -Wall fcpu.c -o fcpu.o
#arm-hisiv200-linux-objdump -d fcpu.o
00000000 <test_F32bit_addition>:
0: e92d4800 push {fp, lr}
4: e28db004 add fp, sp, #4
8: e24dd008 sub sp, sp, #8
c: e3a03000 mov r3, #0
10: e50b300c str r3, [fp, #-12]
14: e3a03000 mov r3, #0
18: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
1c: e3a03000 mov r3, #0
20: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
24: ea000019 b 90 <test_F32bit_addition+0x90>
28: e3a03000 mov r3, #0
2c: e50b300c str r3, [fp, #-12]
30: ea00000f b 74 <test_F32bit_addition+0x74>
34: e51b200c ldr r2, [fp, #-12]
38: e59f3068 ldr r3, [pc, #104] ; a8 <test_F32bit_addition+0xa8>
3c: e7932102 ldr r2, [r3, r2, lsl #2]
40: e51b100c ldr r1, [fp, #-12]
44: e59f3060 ldr r3, [pc, #96] ; ac <test_F32bit_addition+0xac>
48: e7933101 ldr r3, [r3, r1, lsl #2]
4c: e1a00002 mov r0, r2
50: e1a01003 mov r1, r3
54: ebfffffe bl 0 <__aeabi_fadd>
58: e1a03000 mov r3, r0
5c: e1a02003 mov r2, r3
60: e59f3048 ldr r3, [pc, #72] ; b0 <test_F32bit_addition+0xb0>
64: e5832000 str r2, [r3]
68: e51b300c ldr r3, [fp, #-12]
6c: e2833001 add r3, r3, #1
70: e50b300c str r3, [fp, #-12]
74: e51b200c ldr r2, [fp, #-12]
78: e59f3034 ldr r3, [pc, #52] ; b4 <test_F32bit_addition+0xb4>
7c: e1520003 cmp r2, r3
80: daffffeb ble 34 <test_F32bit_addition+0x34>
84: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8]
88: e2833001 add r3, r3, #1
8c: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
90: e51b2008 ldr r2, [fp, #-8]
94: e59f3018 ldr r3, [pc, #24] ; b4 <test_F32bit_addition+0xb4>
98: e1520003 cmp r2, r3
9c: daffffe1 ble 28 <test_F32bit_addition+0x28>
a0: e24bd004 sub sp, fp, #4
a4: e8bd8800 pop {fp, pc}
則不包含VFP指令。
且去調用 __aeabi_fadd
附錄1 ：VFP 指令
可以查看arm的realView文檔。
http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0204ic/Bcffbdga.html
附錄2：
-mfpu=name
-mfpe=number
-mfp=number
This specifies what floating point hardware (or hardware emulation) is available on the target. Permissible names are: fpa, fpe2, fpe3, maverick, vfp. -mfp and -mfpe are synonyms for -mfpu=fpenumber, for compatibility with older versions of GCC.
-mfloat-abi=name
Specifies which ABI to use for floating point values. Permissible values are: soft, softfp and hard.
soft and hard are equivalent to -msoft-float and -mhard-float respectively. softfp allows the generation of floating point instructions, but still uses the soft-float calling conventions.