Cortex-M3內核浮點型運算的研究與實現

摘要：通過分析Cortex-M3內核的結構與浮點型格式，充分利用Cortex-M3內核中的分支預測、單周期乘法、硬件除法等眾多功能強大的特性，使用Thumb-2指令集實現了單精度浮點型的加、減、乘、除與比較運算，并給出了加減法運算的流程圖和除法運算的源程序。
關鍵詞：Cortex-M3內核；浮點型；速度

引言
在一些較為復雜的運算中，經常需要處理取值范圍大、精度高的浮點型數據。但一般的低端嵌入式內核中沒有浮點型硬件運算器，因此處理語音信號等數據比較困難。本文提出了一種基于Cortex-M3內核的浮點型運算的處理方法。

1 Thumb-2指令集與COrtex-M3內核結構
Thumb-2指令集具有以下優點：許多指令(包括乘法相關指令、突破性的32位硬件除法指令等)都是單周期的，并且位段處理指令取指都按32位處理。
Cortex-M3是一個32位處理器內核，采用哈佛結構，擁有獨立的指令總線和數據總線，可以讓取指與數據訪問并行不悖。它具有如下特點：功耗低，有睡眠、停機和待機3種模式；實時性好；響應中斷快，而且響應中斷所需的周期數是確定的；采用Thumb-2指令集，使得代碼
密度和執行效率更高。

2 浮點數的格式
IEEE的浮點型數據標準規定，浮點數具有單精度(4字節)、雙精度(8字節)和擴展精度(10字節)三種浮點型格式。在實際的應用中，使用最多的是單精度浮點數，格式如下：

浮點數表示為：X=MsEsEm-1…E1E0 M-1M-2…M-n。IEEE標準規定：階碼用移碼；尾數的符號位用1表示負數，0表示正數；尾數的數據位用原碼表示，并且隱藏了第24位(即M-1)，M-1為1，所以尾數是大于等于0．5小于1的小數。
階碼用移碼表示、尾數用原碼表示浮點數的好處：
①浮點數據零的所有位均為零。
②2個浮點數比較大小時，可不必區分階碼位和數據位，視為有符號32位整型數據比較。

3 浮點型運算的具體實現
3．1 加減運算
Cortex-M3是32位的內核，可以把單精度浮點數存儲為32位的有符號整數，這樣便于比較運算。加減運算的流程如圖1所示。