DSP视频教程第13期：汇编浮点库qfplib性能媲美TI的IQmath和硬件FPU，强于C库的math和ARM DSP库，适用于M0和M3(2024-10-12)

eric2013 · 发表于 2024-10-12 00:36:33

本期专题视频给大家分享一个qfplib浮点库，这个库早期周报给大家分享过，后来部分网友测试非常给力，所以我们DSP视频教程也给大家分享一期

【视频】

https://www.bilibili.com/video/BV1Te2DY1Edx/

【简介】

代码采用汇编实现，qflib的性能媲美TI的IQmath和硬件FPU，强于C库的math和ARM DSP库。并且易于使用，不需要用户手动做浮点转定点，定点转浮点之类的操作。

1、ARM DSP库的三角函数浮点是直接调用的C库实现，所以性能一般，并没有加速作用。
2、M3的qfplib和MDK的C库，IAR的C库以及GoFast库的比较，可以看到速度优势比较明显。单位时钟周期数

3、M0的qflib库和TI IQmath的浮点运算比较

如果是单纯的qflib浮点和IQmath定点比较，IQmath有优势，如果是直接操作浮点数值，IQmath就没有优势了（甚至强于IQmath，后面专门实测下），因为要做浮点转定点，定点转浮点处理函数，时间就比较长了。

而且从应用的角度来说，使用浮点库qflib操作更加便捷，不需要额外调用API做定点转浮点和浮点转定点，用户全程浮点数据操作即可

[C] 纯文本查看 复制代码

X = _IQ24(1.0f);
Y = _IQ24(1.0f);
Z = _IQ24atan2(Y, X);

W = _IQ24toF(Z);

4、从时钟周期上来看，媲美硬件FPU浮点计算

5、同时还提供了一个M0 tiny版的库，适合Flash容量比较小的M0内核芯片使用

【移植】
1、这个库只有一个.h头文件和一个.s汇编文件。所以移植比较简单，添加工程工程即可。
2、有问题的地方是汇编库的兼容问题，这个汇编库在GCC上使用直接添加就可以正常编译，如果是MDK上使用，请使用AC6，并在汇编Option的ASM汇编选项里面设置选择ARMCLANG AUTO

【参考资料】
1、参考案例下载
注：这里提供的例子是采用我们H7板子关闭硬件FPU使用，这种情况可以使用M3的库测试，否则运算不正确

V7-Qfplib template.7z (1.31MB)

2、源代码库下载
M0 tiny版

qfplib-m0-tiny-20200617.7z (18.04KB)
M0 全功能版

qfplib-m0-full-20240105.7z (27.49KB)
M3版

qfplib-m3-20160408.7z (23.49KB)

3、官方地址
https://www.quinapalus.com/qfplib.html

4、DSP视频教程第12期：TI开源分享IQmath DSP源码，适用于所有Cortex-M内核，本期教程做个手把手移植
https://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=119296

5、DSP视频教程第8期：DSP库三角函数，C库三角函数和硬件三角函数的性能比较，以及与Matlab的精度比较
https://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=112675

eric2013 · 发表于 2024-10-12 01:03:16

更新完毕

tangqianfeng · 发表于 2024-10-12 07:24:49

为何它能做的比arm公司的dsp库还专业啊

eric2013 · 发表于 2024-10-12 08:43:43

tangqianfeng 发表于 2024-10-12 07:24
为何它能做的比arm公司的dsp库还专业啊

ARM DSP的三角函数没有做加速。

tangqianfeng · 发表于 2024-10-12 08:54:46

eric2013 发表于 2024-10-12 08:43
ARM DSP的三角函数没有做加速。

果断收藏

mythor · 发表于 2024-10-12 09:51:03

如果使用MDK低一点的版本，比如5.18，请问要怎么设置才可以使用这个库

eric2013 · 发表于 2024-10-12 10:15:50

mythor 发表于 2024-10-12 09:51
如果使用MDK低一点的版本，比如5.18，请问要怎么设置才可以使用这个库

最低得用5.30, 要不AC6的汇编选项里面没有auto select

Neil · 发表于 2024-11-2 08:53:59

又一次提升M0的可使用性！硬汉哥威武！！！

shangs.. · 发表于 2024-11-20 09:43:00

现在在AC6下浮点性能测试下来没有自带的快,不知道为什么

calvinxxw · 发表于 2024-11-21 12:05:37

本帖最后由 calvinxxw 于 2024-11-21 12:09 编辑

为什么我在MDK AC5 AC6 开最高优化，用DWT计数器测得sin()执行周期在120左右，完全不是60多，乘法周期是80，不是36。最上面的数据有没有准确的测试条件,测试代码是

[C] 纯文本查看 复制代码

while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    a = 1.1;
    b = 1.2;
    c = 3.1415926;

    start_timer();
    sinA = sin(a);
    cycle1 = get_cycles();

    start_timer();
    sinA = qfp_fsin(a);
    cycle2 = get_cycles();

    cosB = qfp_fcos(b);
    tanC = qfp_ftan(c);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

eric2013 · 发表于 2024-11-22 09:27:05

shangs.. 发表于 2024-11-20 09:43
现在在AC6下浮点性能测试下来没有自带的快,不知道为什么

这个和F4系列的硬件FPU比浮点加减乘除不行，硬件浮点几乎一个周期就完成了。跟硬件浮点比的话，三角函数可以比一下。

另外这个库主要还是用于没有硬件浮点的MCU上比较合适。

eric2013 · 发表于 2024-11-22 09:28:05

calvinxxw 发表于 2024-11-21 12:05
为什么我在MDK AC5 AC6 开最高优化，用DWT计数器测得sin()执行周期在120左右，完全不是60多，乘法周期是80 ...

用AC5测试下，AC6下使用DWT有时候统计不准。

shangs.. · 发表于 2024-11-22 17:48:17

eric2013 发表于 2024-11-22 09:27
这个和F4系列的硬件FPU比浮点加减乘除不行，硬件浮点几乎一个周期就完成了。跟硬件浮点比的话，三角函数 ...

我这个没有硬件FPU

calvinxxw · 发表于 2024-11-23 09:45:45

eric2013 发表于 2024-11-22 09:28
用AC5测试下，AC6下使用DWT有时候统计不准。

AC5 AC6各种优化以及不开优化，结果都差不多，因为汇编代码是固定不变的。反正比官方宣传执行周期长一倍时间。优势在于除法和三角函数运算，确实比标准库快得多，而且比IQmath方便。

eric2013 · 发表于 2024-11-23 10:22:52

calvinxxw 发表于 2024-11-23 09:45
AC5 AC6各种优化以及不开优化，结果都差不多，因为汇编代码是固定不变的。反正比官方宣传执行周期长一倍 ...

加减乘除的地方，还可以优化的测试的地：不同优先级下测试，同时for循环测试500次求平均，for循环代码注意展开，比如16个计算为一组。

tangqianfeng · 发表于 2024-11-26 22:42:54

本帖最后由 tangqianfeng 于 2024-11-26 23:53 编辑

版主，把qfplib移值到iar下要如何处理啊，编译不通过...

傲寒 · 发表于 2024-11-26 23:02:07

STM32G030C8，MDK539，AC6编译器，armclang(Auto Select)，编译报错...

eric2013 · 发表于 2024-11-27 08:30:05

傲寒发表于 2024-11-26 23:02
STM32G030C8，MDK539，AC6编译器，armclang(Auto Select)，编译报错...

这个地方修改没

tangqianfeng · 发表于 2024-11-27 09:18:00

eric2013 发表于 2024-11-27 08:30
这个地方修改没

版主，把qfplib移值到iar下要如何处理啊，编译不通过...好些错误。。。。

eric2013 · 发表于 2024-11-28 08:26:24

tangqianfeng 发表于 2024-11-27 09:18
版主，把qfplib移值到iar下要如何处理啊，编译不通过...好些错误。。。。

这个在IAR下，我也没测试过。

tangqianfeng · 发表于 2024-11-28 08:59:28

本帖最后由 tangqianfeng 于 2024-11-28 09:35 编辑

eric2013 发表于 2024-11-28 08:26
这个在IAR下，我也没测试过。

好象iar下，汇编文件不符合iar汇编，
另外试了下，qfplib-m3在mdk中编译能通过，但qfplib-m0-full在mdk中编译不通过

tangqianfeng · 发表于 2024-11-28 11:11:09

需要使用arm gcc编译器, 附上已经编译好的lib文件，

傲寒 · 发表于 2024-11-28 18:08:51

tangqianfeng 发表于 2024-11-28 08:59
好象iar下，汇编文件不符合iar汇编，
另外试了下，qfplib-m3在mdk中编译能通过，但qfplib-m0-full在mdk ...

一样，m3没问题，m0编译不通过...

tangqianfeng · 发表于 2024-11-29 07:34:58

傲寒发表于 2024-11-28 18:08
一样，m3没问题，m0编译不通过...

需要用gcc编译，楼上我已上传编译好的库

eric2013 · 发表于 2024-11-29 08:08:58

tangqianfeng 发表于 2024-11-28 11:11
需要使用arm gcc编译器, 附上已经编译好的lib文件，

谢谢分享。

tangqianfeng · 发表于 2024-11-29 09:34:39

本帖最后由 tangqianfeng 于 2024-11-29 10:27 编辑

eric2013 发表于 2024-11-29 08:08
谢谢分享。

测下来，浮点运算确实速度快。。。

test = qfp_fadd(1.256732f,3.5f);//55 cycles
const1 = 1.256732f;
const2 = 3.5f;
test1 = const1 + const2;//54 cycles

test = qfp_fmul(1.2356f,3.5267f);//58 cycles
const1 = 1.2356f;
const2 = 3.5267f;
test1 = const1 * const2;//57 cycles

test = qfp_fdiv(2567.32f,3.57824f);//71 cycles
const1 = 2567.32f;
const2 = 3.57824f;
test1 = const1 / const2;//178 cycles

test = qfp_fsin(0.52359877f);//414 cycles
test1 = sinf(0.52359877f);//612 cycles

test = qfp_fln(234.15683f);//224 cycles
test1 = logf(234.15683f);//1119 cycles

test = qfp_fexp(3.25935f);//192 cycles
test1 = expf(3.25935f);//1253 cycles

test = qfp_fsqrt(243.782495);//60 cycles
test1 = sqrtf(243.782495);//191 cycles

eric2013 · 发表于 2024-11-30 06:42:49

tangqianfeng 发表于 2024-11-29 09:34
测下来，浮点运算确实速度快。。。

三角函数这块，这个函数还是有些优势的。

ldh2020 · 发表于 2025-1-18 23:05:54

tangqianfeng 发表于 2024-11-28 11:11
需要使用arm gcc编译器, 附上已经编译好的lib文件，

大哥，qfplib-m3由ARM GCC编译生成的.A库文件能否也上传一下？直接在MDK里添加.S文件编译好像一堆错误，改为AC6和改asm为auto也是一样。

eric2013 · 发表于 2025-1-20 06:21:26

ldh2020 发表于 2025-1-18 23:05
大哥，qfplib-m3由ARM GCC编译生成的.A库文件能否也上传一下？直接在MDK里添加.S文件编译好像一堆错误， ...

这个帖子里面有lib方式的

大家试试浮点库Qfplib测试效果
https://www.armbbs.cn/forum.php? ... 1317&fromuid=58
(出处: 硬汉嵌入式论坛)

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