今天小编就为大家分享一篇浅谈linux kernel对于浮点运算的支持,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧

目前大多数CPU都支持浮点运算单元FPU,FPU作为一个单独的协处理器放置在处理器核外,但是对于嵌入式处理器,浮点运算本来就少用,有些嵌入式处理器就会去掉浮点协处理器。

X86处理器一般都是有FPU的。而ARM PPC MIPS处理器就会出现没有FPU的现象。

linux kernel如何处理浮点运算,我们就分为带FPU的处理器和不带FPU的处理器来讨论。

(以下为个人知识总结,研究不深,错误之处希望大家指正,共同学习)

一 对于带FPU的处理器

1 对于linux kernel来说,kernel本身编译默认使用了-msoft-float选项,默认编译为软浮点程序,软浮点含义是有gcc编译器模拟浮点运算(glibc库提供),将浮点运算代码替换为定点运算。

对于带FPU的处理器,我们可以将编译选项-msoft-float去掉,一般是在arch/xxx/Makefile中。将kernel编译为硬浮点,也就是让处理器的浮点指令计算浮点,

硬浮点运算肯定要比模拟的定点运算效率高。(kernel代码中一般不会有浮点运算,所以效率影响不大)

2 对于运行在kernel上的app来说,特别是对于图形程序,如QT,浮点运算较多,我们直接编译即可,因为处理器支持浮点运算,支持浮点运算指令。

二 对于不带FPU处理器

1 对于linux kernel来说,编译默认使用了-msoft-float选项,默认编译为软浮点程序,linux kernel编译不依赖链接任何库,kernel中来实现对应的模拟浮点ABI。

2 对于运行在kernel之上的app来说,如何处理浮点运算,这里就有2种方法了:

(1)由kernel来模拟软浮点.

应用程序使用硬浮点直接编译(编译器默认就是编译成硬浮点程序)。

而对于kernel,我所了解的PPC MIPS处理器都有专门的浮点运算异常处理,程序运行碰到浮点指令,无法运行浮点指令时,硬件会产生相应的中断异常,kernel浮点异常处理程序根据指令内容进行软浮点模拟操作,将运算结果返回之后再恢复到用户空间执行。

对于ARM我在其异常介绍中没有找到对于浮点计算的异常入口,但是kernel中也有对于其软浮点的支持,

在配置ARM Linux内核时,应该都会看到这样的配置:

 menu "Floating point emulation"
 comment "At least one emulation must be selected"
 config FPE_NWFPE
  ...

这个是用来配置在内核里面模拟浮点处理器。

具体ARM如何实现支持异常模拟软浮点,具体实现有时间还需要仔细看代码,在arch/arm/nwfpe中。

这样的方式好处在于应用程序不需要重新编译,需要在kernel中把浮点模拟打开即可,使用起来非常方便。

但是缺点也很明显,每次浮点操作都要触发中断异常,用户空间和内核空间切换,执行效率太低。

(2)使用软浮点重新编译app

这样可以避免上述问题,app编译时需要连接glibc库的,使用--msoft-float,使用glibc的模拟浮点,替换为定点运算,这样的好处是运行性能上会好一些。

但缺点是因为使用了不同的编译选项,使用的ABI可能就发生了变化,如果某个库或者应用没有使用同样的编译选项(ABI不同),

系统运行时会出现意想不到的情况,甚至造成崩溃。

根据最近对PPC一款处理器的调试记录,kernel正常启动进入console后死在某一地址,用户空间浮点运算多,询问IC后得知FPU去掉,而处理器浮点异常没有使能。

这样遇到浮点指令,处理器不会触发异常,也不知道该如何运行该指令。

所以进行kernel移植时对于处理器有无FPU也要搞清楚,如果处理器去掉了FPU,而核没有做相应的处理(使能浮点异常),那么APP的浮点指令运行结果就是无法预测的,这时可以采用软浮点工具链来编译APP。

这里有一点思考:

对于一款处理器,处理器设计中有浮点异常(MIPS PPC都是),其外也可以接FPU。

在接FPU后,处理器核内就要屏蔽掉浮点异常,不然浮点运算还是产生浮点异常,FPU就没有实用意义了。

无FPU,则处理器核内要使能浮点异常,不然就跟我上面遇到的问题一样,处理器不知道该如何运行该浮点指令,结果就无法预测了。

以上这篇浅谈linux kernel对于浮点运算的支持就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持爱安网。

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