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一、

    STM32H7S78-DK内置硬件浮点运算单元，并且支持单精度、双精度浮点运算加速，其主频高达600MHz，内部含有2*32Kbytes ICache，DCache。下面来测试这款MCU的浮点计算性能

2

二、

测试方式为在MCU在未开启FPU加速与开启FPU加速下计算一百万次复数乘法所用时间，无论是嵌入式CPU还是PC端CPU，它们主要功能是取指令、译解码、数学运算，其中乘除法运算占用CPU的指令周期最多，因此一款CPU在相同时间内能够进行的乘除法次数越多，说明其性能越高。

2.1

使用CubeMX生成Keil工程，时钟树将系统时钟为600MHz，开启串口2外设用于打印输出调试信息

将STM32 L496加入这次测试，可以与STM32H7S78作性能比较

2.2 Keil工程代码、FPU开启设置

先关闭FPU加速，同时将优化等级改为O0，否则编译器仍会自动开启FPU

2.3 测试代码

声明复数结构体、复数变量

/* USER CODE BEGIN PD */
typedef struct complex1{
	float real;
	float imag;
}compx_float;

typedef struct complex2{
	double real;
	double imag;
}compx_double;

/* USER CODE END PD */

/* USER CODE BEGIN PV */
compx_float cpx1={2.3,4.3},cpx2={1.2,1.8};
compx_double cpx3={4.1,2.1},cpx4={1.3,3.1};
/* USER CODE END PV */

定义浮点计算函数

/* USER CODE BEGIN 0 */

void time_consume_cpxmul_float(compx_float c1,compx_float c2,uint32_t num){
	
#if __FPU_USED
	uint32_t start,end=0;
	compx_float c;
	start = HAL_GetTick();
	for(uint32_t i=0;i<num;i++){				//num点复数运算
		c.real=c1.real*c2.real-c1.imag*c2.imag;
		c.imag=c1.real*c2.imag+c1.imag*c2.real;
	}
	end = HAL_GetTick();
	double t = (end - start) / 1000.0f;
	printf("time_consume_with_fpu=%fs\n",t);
	
#elif 1
	uint32_t start,end=0;
	compx_float c;
	start = HAL_GetTick();
	for(uint32_t i=0;i<num;i++){				//num点复数运算
		c.real=c1.real*c2.real-c1.imag*c2.imag;
		c.imag=c1.real*c2.imag+c1.imag*c2.real;
	}
	end = HAL_GetTick();
	double t = (end - start) / 1000.0f;
	printf("time_consume_no_fpu=%fs\n",t);
	
#endif
}

void time_consume_cpxmul_double(compx_double c1,compx_double c2,uint32_t num){
	
#if __FPU_USED
	uint32_t start,end=0;
	compx_double c;
	start = HAL_GetTick();
	for(uint32_t i=0;i<num;i++){				//num点复数运算
		c.real=c1.real*c2.real-c1.imag*c2.imag;
		c.imag=c1.real*c2.imag+c1.imag*c2.real;
	}
	end = HAL_GetTick();
	double t = (end - start) / 1000.0f;
	printf("time_consume_with_dpu=%fs\n",t);
	
#elif 1
	uint32_t start,end=0;
	compx_double c;
	start = HAL_GetTick();
	for(uint32_t i=0;i<num;i++){				//num点复数运算
		c.real=c1.real*c2.real-c1.imag*c2.imag;
		c.imag=c1.real*c2.imag+c1.imag*c2.real;
	}
	end = HAL_GetTick();
	double t = (end - start) / 1000.0f;
	printf("time_consume_no_dpu=%fs\n",t);
	
#endif
}
/* USER CODE END 0 */

main函数运行测试

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
//		HAL_Delay(300);
//		printf("Hello STM32H7.\n");
//		HAL_GPIO_TogglePin(USER_LD2_GPIO_Port, USER_LD2_Pin);

			time_consume_cpxmul_float(cpx1,cpx2,1000000);//单精度复数乘法运算
		
			time_consume_cpxmul_double(cpx3,cpx4,1000000);//双精度复数乘法运算
  }
		
  /* USER CODE END 3 */
}

三、运行结果

3.1 未开启FPU

左为STM32 H7，右为STM32 L4

相同复数乘法运算，STM32 L4耗时大约为STM32 H7的两倍

双精度运算比单精度运算耗时更长

3.2 开启单精度FPU

左为STM32 H7，右为STM32 L4

STM32 L4内置只有单精度FPU，开启FPU加速后，计算时间由4.165s减少到0.463s。双精度浮点计算时间不变

STM32 H7内置只有单精度、双精度FPU，仅开启单精度FPU加速后，计算时间由2.758s减少到0.19s。双精度浮点计算时间不变

3.3 开启双精度FPU

左为STM32 H7，右为STM32 L4

可见STM32 H7双精度FPU对单精度、双精度运算加速均有效，并且双精度加速效果比单精度加速效果好。

STM32 H7 双精度FPU加速：单精度运算时间由2.758减少至0.226s，双精度运算时间由9.332s减少至0.191s。

运算时间减少百分比分别为：91.8%、97.9%

3.4 STM32 H7S7开启I/D cache

  /* MPU Configuration--------------------------------------------------------*/
  MPU_Config();

  /* Enable the CPU Cache */

  /* Enable I-Cache---------------------------------------------------------*/
  SCB_EnableICache();    //开启ICache

  /* Enable D-Cache---------------------------------------------------------*/
  SCB_EnableDCache();    //开启DCache

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

未开启FPU&开启I/D cache后

3.5

开启FPU&开启I/D cache后

FPU与指令数据缓存同时加速，单精度计算所需时间进一步由0.226减少至0.05s，双精度运算时间由0.191s减少至0.098s