STM32 braucht zu lange für Multiplikation

**Che Guevara** · 21.01.2015, 22:36

Hi,

ich habe hier ein STM32F4DISCOVERY Board, auf dem sitzt ein STM32F407VGT6 mit FPU.
Da ich noch neu in der Welt der STM32 (oder allg. ARM) bin, sitzt der Fehler vermutlich vorm Bildschirm.
Ich setze einen Pin low, führe 50 Multiplikationen eines float32 aus und setze anschließend den Pin high.
Die Multiplikation passiert nicht in einer Schleife, sondern einfach 50x die gleiche Instruktion hintereinander. Das Oszi zeigt knapp 3µs an.
Eigentlich sollte durch die FPU das ganze nur 50 Takte dauern, der STM32 läuft auf 168MHz (macht aber glaube ich 210MIPS durch Accelerator), also sollte es nur ca. 2.4e-7 Sekunden dauern.

Hier mal der Code:

Code:

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_gpio.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
#include "stm32f4xx_tim.h"
#include "stm32f4xx_spi.h"
#include "system_stm32f4xx.h"
#include "arm_math.h"


void GPIO_setup(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12 | GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14; // we want to configure all LED GPIO pins
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;         // we want the pins to be an output
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;     // this sets the GPIO modules clock speed
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;     // this sets the pin type to push / pull (as opposed to open drain)
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;     // this sets the pullup / pulldown resistors to be inactive
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
}

void InitTimeTimer(void)
{
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    TIM3->PSC = 41999;
    TIM3->ARR = 1;
    TIM3->DIER = TIM_DIER_UIE; // Enable update interrupt (timer level)
    TIM3->CR1 = TIM_CR1_CEN;   // Enable timer
}


volatile uint8_t TimerFlag = 0;
volatile int32_t TimeElapsed = 0;


int main(void)
{
    SystemInit();

    GPIO_setup();
    InitTimeTimer();

    NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn); // Enable interrupt from TIM3 (NVIC level)


    float float1 = 3.14f;


    while(1)
    {
        GPIOD->ODR &= ~GPIO_Pin_13;

/*
        for(cnt = 0;cnt<1000;cnt+=1)
        {
            float1 *= 5.1f;
        }
*/

        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;

        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;

        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;

        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;

        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;
        float1 *= 5.1f;

        GPIOD->ODR |= GPIO_Pin_13;

    }
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if(TIM3->SR & TIM_SR_UIF) // if UIF flag is set
    {
        TIM3->SR &= ~TIM_SR_UIF; // clear UIF flag
    }

    TimerFlag = 1;
    TimeElapsed += 1;
}

Programmiert wird mit EM:Blocks.

Vielen Dank & Gruß
Chris

**Wsk8** · 22.01.2015, 11:48

1. Überprüft, ob der Prozessor wirklich mit 168MHz läuft?
2. HardFPU auch in den Build Optionen eingestellt?
3. Dissasembly überprüft, ob er dafür auch kompiliert?
4. Ergebnis geprüft?
5. Optimierung?

mfg

**Che Guevara** · 22.01.2015, 18:19

Hi,

danke erstmal für die Antwort!
1. Ja, ich hab mir den geviertelten Systemtakt ausgeben lassen, mein Oszi kann es leider nicht anzeigen, geht nur bis 25MHz, aber man sieht, dass es passt.
2. __FPU_PRESENT & __FPU_USED sind beide definiert, das sollte also passen?!
3. Nein, welche Datei meinst du genau?
4. Nein.
5. Hab nichts verändert, sind also alle aus.

Hab gerade mal folgendes probiert:

Code:

#define CORE_SysTickEn()    (*((u32*)0xE0001000)) = 0x40000001
#define CORE_SysTickDis()   (*((u32*)0xE0001000)) = 0x40000000
#define CORE_GetSysTick()   (*((u32*)0xE0001004))

uint32_t t1, t2, dt;
float32_t float1 = 3.14f;


...
...
...


        CORE_SysTickEn();
        t1 = CORE_GetSysTick();

        float1 *= 5.1f;

        t2 = CORE_GetSysTick();
        CORE_SysTickDis();

        dt = (t2 - t1) - 9;

Laut Debugger braucht die Multiplikation 13 Takte, was jetzt nicht mit meinem Ergebnis von vorhin zusammenpasst und außerdem immernoch zu lange ist (oder??).

Gruß
Chris

**Wsk8** · 22.01.2015, 20:35

3. Nein, welche Datei meinst du genau?

Wenn du debuggst, kannst du dir den Assembler code anzeigen lassen. Denn Teil mit der Multiplikation mal posten.

5. Hab nichts verändert, sind also alle aus.

Ohne Optimierung benötigt eine Berechnung oft ein vielfaches als mit Optimierung.

Und ich bezweifle, dass 50 Multiplikation auch nur 50 Takte insgesamt benötigen.

mfg

**Che Guevara** · 23.01.2015, 01:40

Sorry für die blöde Frage, aber wie lasse ich mir das Assembler file anzeigen? Hab da nirgends was gefunden.
Wenn ich Breakpoints setze oder auch beim Debuggen einzelne Schritte ausführe (mit f10 / f11), wird mir die aktuelle Position im Programm nur im normalen Code angezeigt. Zu sehen, was da auf ASM Höhe passiert, wäre wirklich interessant!

Laut dieser Tabelle ( http://infocenter.arm.com/help/index.../BEHJADED.html ) braucht eine FPU-Multiplikation nur 1 Takt.
Aber klar du hast Recht, es dauert wohl schon länger wegen speichern etc...
Mit Optimierung ist es übrigens tatsächlich um EINIGES schneller, meine Versuche decken sich annähernd mit denen: http://blog.stm32f4.eu/category/fpu/

Das einzige, was ich noch nicht in den Griff bekommen habe, ist der CORE_SysTick.
Sobald die Optimierungen eingeschaltet sind (egal welcher Level), funktioniert das nicht mehr:

Code:

        CORE_SysTickEn();
        t1 = CORE_GetSysTick();

        float1 = float2 * float3;

        t2 = CORE_GetSysTick();
        CORE_SysTickDis();

        dt = (t2 - t1) - 9;

Dabei stehen nur konstante Werte in t1 & t2 (beide als volatile, aber auch ohne bringt nichts).

Gruß
Chris

**durchgebrannt** · 29.04.2015, 14:17

Ich denke, der Hase liegt bei der fehlenden Aktivierung der FPU im Pfeffer. Leider verliert das Referenc Manual zum Thema kein einziges Wort, dafür muss man auf das Dokument PM0214 ausweichen. Ab Seite 236 geht das da dann um die Konfiguration der FPU. Auf Seite 241 wird einem dann mitgeteilt, dass die FPU per Default nicht aktiv ist. Da ich nicht genau weiß, was alles in den Headern steht, würde ich das mal als nächsten Anhaltspunkt wählen.
Zu dem Teil mit dem Systick: Ich nehme an, die Makros sind nicht selbst gebaut? Ich würde da empfehlen, sich einmal das Referenc Manual zu gemüte zu führen und dann die Konfiguration für den SysTick daraus zusammen zu bauen.

Gruß Jannis

**PICture** · 29.04.2015, 15:00

Hallo!

@ Che Guevara

Zitat von Wsk8

Und ich bezweifle, dass 50 Multiplikation auch nur 50 Takte insgesamt benötigen.

Ich auch, weil man die CPU Takte in einer Hochsprache nicht wie im ASM betrachten darf (das ist vom Compiler abhängig).

Um ein Code in ASM zu haben, muss man das Teil des Programms in Hochsprache disassemblieren.

**Wsk8** · 29.04.2015, 15:36

Sorry für die blöde Frage, aber wie lasse ich mir das Assembler file anzeigen? Hab da nirgends was gefunden.
Wenn ich Breakpoints setze oder auch beim Debuggen einzelne Schritte ausführe (mit f10 / f11), wird mir die aktuelle Position im Programm nur im normalen Code angezeigt. Zu sehen, was da auf ASM Höhe passiert, wäre wirklich interessant!

Debug->Debugging Windows->Disassembly

Das einzige, was ich noch nicht in den Griff bekommen habe, ist der CORE_SysTick.
Sobald die Optimierungen eingeschaltet sind (egal welcher Level), funktioniert das nicht mehr:

Den Systick zur Zeitmessung zu benutzen ist suboptimal. STM32s haben normal alle einen Cycle Counter impelementiert. Damit siehst du ganz genau wie viele Zyklen zur Berechnung benutzt werden. Aber bei einer einfachen Multiplikation kann man das am einfachsten eh am Disassembly auslesen.

mfg