淺談linux kernel對于浮點運算的支持

目前大多數CPU都支持浮點運算單元FPU，FPU作為一個單獨的協處理器放置在處理器核外，但是對于嵌入式處理器，浮點運算本來就少用，有些嵌入式處理器就會去掉浮點協處理器。

X86處理器一般都是有FPU的。而ARM PPC MIPS處理器就會出現沒有FPU的現象。

linux kernel如何處理浮點運算，我們就分為帶FPU的處理器和不帶FPU的處理器來討論。

（以下為個人知識總結，研究不深，錯誤之處希望大家指正，共同學習）

一 對于帶FPU的處理器

1 對于linux kernel來說，kernel本身編譯默認使用了-msoft-float選項，默認編譯為軟浮點程序，軟浮點含義是有gcc編譯器模擬浮點運算（glibc庫提供），將浮點運算代碼替換為定點運算。

對于帶FPU的處理器，我們可以將編譯選項-msoft-float去掉，一般是在arch/xxx/Makefile中。將kernel編譯為硬浮點，也就是讓處理器的浮點指令計算浮點，

硬浮點運算肯定要比模擬的定點運算效率高。（kernel代碼中一般不會有浮點運算，所以效率影響不大）

2 對于運行在kernel上的app來說，特別是對于圖形程序，如QT，浮點運算較多，我們直接編譯即可，因為處理器支持浮點運算，支持浮點運算指令。

二 對于不帶FPU處理器

1 對于linux kernel來說，編譯默認使用了-msoft-float選項，默認編譯為軟浮點程序，linux kernel編譯不依賴鏈接任何庫，kernel中來實現對應的模擬浮點ABI。

2 對于運行在kernel之上的app來說，如何處理浮點運算，這里就有2種方法了：

（1）由kernel來模擬軟浮點.

應用程序使用硬浮點直接編譯（編譯器默認就是編譯成硬浮點程序）。

而對于kernel，我所了解的PPC MIPS處理器都有專門的浮點運算異常處理，程序運行碰到浮點指令，無法運行浮點指令時，硬件會產生相應的中斷異常，kernel浮點異常處理程序根據指令內容進行軟浮點模擬操作，將運算結果返回之后再恢復到用戶空間執行。

對于ARM我在其異常介紹中沒有找到對于浮點計算的異常入口，但是kernel中也有對于其軟浮點的支持，

在配置ARM Linux內核時，應該都會看到這樣的配置：

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

這個是用來配置在內核里面模擬浮點處理器。

具體ARM如何實現支持異常模擬軟浮點，具體實現有時間還需要仔細看代碼，在arch/arm/nwfpe中。

這樣的方式好處在于應用程序不需要重新編譯，需要在kernel中把浮點模擬打開即可，使用起來非常方便。

但是缺點也很明顯，每次浮點操作都要觸發中斷異常，用戶空間和內核空間切換，執行效率太低。

（2）使用軟浮點重新編譯app

這樣可以避免上述問題，app編譯時需要連接glibc庫的，使用--msoft-float，使用glibc的模擬浮點，替換為定點運算，這樣的好處是運行性能上會好一些。

但缺點是因為使用了不同的編譯選項，使用的ABI可能就發生了變化，如果某個庫或者應用沒有使用同樣的編譯選項（ABI不同），

系統運行時會出現意想不到的情況，甚至造成崩潰。

根據最近對PPC一款處理器的調試記錄，kernel正常啟動進入console后死在某一地址，用戶空間浮點運算多，詢問IC后得知FPU去掉，而處理器浮點異常沒有使能。

這樣遇到浮點指令，處理器不會觸發異常，也不知道該如何運行該指令。

所以進行kernel移植時對于處理器有無FPU也要搞清楚，如果處理器去掉了FPU，而核沒有做相應的處理（使能浮點異常），那么APP的浮點指令運行結果就是無法預測的，這時可以采用軟浮點工具鏈來編譯APP。

這里有一點思考：

對于一款處理器，處理器設計中有浮點異常（MIPS PPC都是），其外也可以接FPU。

在接FPU后，處理器核內就要屏蔽掉浮點異常，不然浮點運算還是產生浮點異常，FPU就沒有實用意義了。

無FPU，則處理器核內要使能浮點異常，不然就跟我上面遇到的問題一樣，處理器不知道該如何運行該浮點指令，結果就無法預測了。

以上這篇淺談linux kernel對于浮點運算的支持就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持億速云。