H7使用freertos，configENABLE_FPU的意义

twodiamond

大家好：
在H7中使用freertos时，有2个选项：
#define configENABLE_FPU                         1
#define configENABLE_MPU                         0


具体是指硬件FPU(MPU)还是软的呢？打开不打开有什么区别呢？

谢谢！

eric2013

H7用不到configENABLE_FPU和configENABLE_MPU  

是给 ARMv8M架构新版准备的。

详情看此贴：https://www.freertos.org/2020/04 ... crocontrollers.html

twodiamond

eric2013 发表于 2021-3-6 14:58
H7用不到configENABLE_FPU和configENABLE_MPU  

是给 ARMv8M架构新版准备的。

硬汉见多识广，佩服

xy201207

eric2013 发表于 2021-3-6 14:58
H7用不到configENABLE_FPU和configENABLE_MPU  

是给 ARMv8M架构新版准备的。

版主 我H7开启了浮点运算功能（编译器和单片机都开启了）移植FreeRTOS 也不需要把configENABLE_FPU设置为1吗？

eric2013

xy201207 发表于 2023-11-10 18:32
版主 我H7开启了浮点运算功能（编译器和单片机都开启了）移植FreeRTOS 也不需要把configENABLE_FPU设置为 ...

H7的那个port文件里面已经处理了。

不用设置，你可以多任务打印浮点运算结果，看看正常不。

yaomeng

xy201207 发表于 2023-11-10 18:32
版主 我H7开启了浮点运算功能（编译器和单片机都开启了）移植FreeRTOS 也不需要把configENABLE_FPU设置为 ...

惰性栈保存（Lazy Stacking）是 ARM Cortex-M 处理器（尤其是带 FPU 的 M4/M7）用于优化浮点寄存器保存和恢复的一种硬件特性，主要应用于中断或任务切换时的上下文保存。FreeRTOS 利用这一机制减少不必要的浮点寄存器操作，提升性能。

1. 核心思想
延迟保存：只有当任务真正使用 FPU 时，才保存其浮点寄存器（S0-S31），避免每次上下文切换都保存/恢复所有 FPU 寄存器。

硬件自动检测：通过检查 EXC_RETURN 和 FPCCR（浮点上下文控制寄存器）的 ASPEN/LSPEN 位，决定是否保存浮点状态。

2. 关键硬件机制
(1) EXC_RETURN 值
当异常（如 PendSV）退出时，处理器根据 EXC_RETURN 的值决定行为：

0xFFFFFFFD：返回线程模式并使用 PSP（进程栈指针），且不自动保存 FPU 寄存器（惰性保存）。

0xFFFFFFF1：返回 Handler 模式并使用 MSP（主栈指针）。

其他值可能触发自动 FPU 保存。

(2) FPCCR 寄存器
FPCCR（地址 0xE000EF34）控制浮点上下文的保存行为：

ASPEN (bit 31)：自动状态保存使能。

LSPEN (bit 30)：惰性保存使能。

FreeRTOS 默认设置 ASPEN=1 和 LSPEN=1，启用惰性保存。

3. FreeRTOS 中的实现
(1) 任务栈初始化
在 pxPortInitialiseStack 中，任务的初始 EXC_RETURN 被设为 0xFFFFFFFD，表示：

使用 PSP。

不自动保存 FPU 寄存器（除非任务实际使用 FPU）。

(2) 上下文切换（PendSV）
在 xPortPendSVHandler 中：

检查 LR（即 EXC_RETURN）的 bit 4：

若为 0，表示任务使用了 FPU，需手动保存 S16-S31（高部分寄存器）。

若为 1，跳过 FPU 保存。

恢复新任务时：

同样检查 EXC_RETURN，决定是否恢复 FPU 寄存器。

assembly
// PendSV 处理函数片段
tst r14, #0x10       // 检查 EXC_RETURN 的 bit4
it eq                // 如果为 0（使用了 FPU）
vstmdbeq r0!, {s16-s31} // 保存高 FPU 寄存器
(3) 首次使用 FPU 的陷阱
若任务首次使用 FPU 指令，但之前未保存 FPU 上下文，会触发 UsageFault。

FreeRTOS 的解决方案：

在任务创建时，默认不初始化 FPU 寄存器。

当任务首次使用 FPU 时，硬件自动保存必要寄存器到栈中。

4. 性能优势
减少不必要的保存/恢复：
如果任务未使用 FPU，则完全跳过 FPU 寄存器操作（节省时间和栈空间）。

动态适应：
只有实际使用 FPU 的任务才会触发保存，适合混合使用浮点和非浮点任务的场景。

5. 配置与注意事项
(1) 启用条件
需在编译时启用 FPU（如 -mfloat-abi=hard -mfpu=fpv4-sp-d16）。

FreeRTOS 中通过 portFPCCR 设置 ASPEN 和 LSPEN 位：

c
*(portFPCCR) |= portASPEN_AND_LSPEN_BITS; // 0x3 << 30
(2) 常见问题
栈溢出风险：
惰性保存可能导致任务栈需求动态增加，需确保栈足够大（尤其对浮点密集型任务）。

调试干扰：
某些调试器可能无法正确处理惰性保存，建议在调试时暂时禁用该特性。