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stm32。我们看根

而不是介绍



本文包含一个与预算stm32微控制器有关的手动优化应用程序关键部分的示例，与库函数相比，该性能提高了5倍或更多。



平方根提取通常用于应用程序中。sqrt函数包含在标准C库中，并在实数上运行：



double sqrt (double num);
long double sqrtl (long double num);


微控制器主要处理整数。他们通常没有实数寄存器。



实际上，除了多次转换“整数<=>实数”上的计算速度损失之外，还另外损失了精度-示例1。



示例1：正向和反向转换的精度损失



//  
uint32_t L1 = 169;
uint32_t L2 = 168;

//  
uint32_t r1 = ( uint32_t )sqrt( ( double ) L1 );
uint32_t r2 = ( uint32_t )sqrt( ( double ) L2 );

//  
L1 = r1*r1; // r1 = 13
L2 = r2*r2; // r2 = 12

//  
// L1 = 169 —  169
// L2 = 144 —  168,    14%


问题的提法



通过四舍五入到最接近的整数来提高sqrt计算的精度。

如果可能，提高生产率。



问题的解决



创建一个自定义函数，例如，基于标准函数sqrt_fpu-示例2。



示例2：使用sqrt_fpu算法计算整数根



uint16_t sqrt_fpu ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    double f_rslt = sqrt( ( double ) L );
    uint32_t rslt = ( uint32_t ) f_rslt;

    if ( !( f_rslt - ( double ) rslt < .5 ) )
        rslt++;

    return ( uint16_t ) rslt;
}


Sqrt_fpu的优点：



  • 紧凑的代码；
  • 达到要求的精度。


sqrt_fpu的缺点：



  • 由于额外的调用和额外的浮点运算而导致的性能损失；
  • 缺乏在用户级别优化计算速度的明显潜力。


sqrt_fpu .



— - ().



-: , .



1. :



« , , .»

sqrt_odd — 3.



3: sqrt_odd



uint16_t sqrt_odd ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    uint16_t div = 1, rslt = 1;

    while ( 1 )
    {
        div += 2;

        if ( ( uint32_t ) div >= L )
            return rslt;

        L -= div, rslt++;
    }
}


,

.



sqrt_odd:



  • ;


sqrt_odd:



  • ;
  • ; , 10e4+ 150 — 1;
  • .


1: sqrt_odd



2. :



« »:

Rj = ( N / Ri + Ri ) / 2

sqrt_new — 4.



4: sqrt_new



uint16_t sqrt_new ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    uint32_t rslt, div;

    rslt = L;
    div = L / 2;

    while ( 1 )
    {
        div = ( L / div + div ) / 2;

        if ( rslt > div )
            rslt = div;
        else
            return ( uint16_t ) rslt;
    }
}


sqrt_new — sqrt_fpu ( 2).



sqrt_new:



  • ;
  • — sqrt_fpu;
  • ;


sqrt_new:



  • .


sqrt_new ( 2):



  • ;
  • .


2: sqtr_new (!)



(!) — 10e5+ 8 .



sqrt_new :



  • , , ( );
  • , -, ;
  • .


2. sqrt_evn ( 5).



sqrt_evn , , [ 0… 0xFFFFFFFF ].



sqrt_evn 2- 5- , sqrt_new ~40%.



[ 1… 10 000 000 ] sqtr_evn 2-3 .



sqrt_evn — 3.

3: sqtr_evn



, sqrt_evn — 5.

5: sqrt_evn



uint16_t sqrt_evn ( uint32_t L )
{
    if ( L < 2 )
        return ( uint16_t ) L;

    uint32_t div;
    uint32_t rslt;
    uint32_t temp;

    if ( L & 0xFFFF0000L )
        if ( L & 0xFF000000L )
            if ( L & 0xF0000000L )
                if ( L & 0xE0000000L )
                    div = 43771;
                else
                    div = 22250;
            else
                if ( L & 0x0C000000L )
                    div = 11310;
                else
                    div = 5749;
        else
            if ( L & 0x00F00000L )
                if ( L & 0x00C00000L )
                    div = 2923;
                else
                    div = 1486;
            else
                if ( L & 0x000C0000L )
                    div = 755;
                else
                    div = 384;
    else
        if ( L & 0xFF00L )
            if ( L & 0xF000L )
                if ( L & 0xC000L )
                    div = 195;
                else
                    div = 99;
            else
                if ( L & 0x0C00L )
                    div = 50;
                else
                    div = 25;
        else
            if ( L & 0xF0L )
                if ( L & 0x80L )
                    div = 13;
                else
                    div = 7;
            else
                div = 3;

    rslt = L;

    while ( 1 )
    {
        temp = L / div;
        temp += div;

        div = temp >> 1;
        div += temp & 1;

        if ( rslt > div )
            rslt = div;
        else
        {
            if ( L / rslt == rslt - 1 && L % rslt == 0 )
                rslt--;

            return ( uint16_t ) rslt;
        }
    }
}


«» — . 1 .



sqrt_evn , .

( 2).



— .



.

[ 3, 7, 13, 25 ] « ». (). .



— .





:



  • : STM32F0308-DISCO, MCU STM32F030R8T6
  • : STM32CubeIDE
  • : USB-UART PL2303HX


:



  • :
  • : CPU — 48 MHz, UART (RS485) — 9600 bit/s
  • : , Release
  • : MCU GCC Linker: Miscellaneous: -u _printf_float


sqrt_fpu, sqrt_new sqrt_evn.



100 000 3- — 4.

4:



.



— sqrt_fpu, . — .



, ( 4), .



( 5) .



5:



( 6) , 1 .

sqrt_fpu 19 531, sqrt_evn 147 059 ; sqrt_evn ~7,5 , sqrt_fpu.



6:





, , , .



同时，由于使用了低成本的微控制器模型，手动算法代码优化可以有效地大规模生产小型IoT，从而为较旧的模型释放了复杂任务的空间。



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