N32G43x芯片浮点数计算偶发错误

最新推荐文章于 2025-03-13 16:55:09 发布

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分类专栏： BMS软件文章标签：单片机 c语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_39383155/article/details/137148951

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本文描述了在使用国民技术N32G435芯片进行浮点数计算时遇到的问题，分析了可能的软件实现错误、MCU配置和中断影响。解决方案是使用中断保护机制，避免浮点数运算过程中的错误。作者还强调了使用浮点数时的注意事项，如MCU负载率管理和浮点数运算的正确处理。

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1. 问题现象

最近做项目时用到国产的一款芯片——国民技术的N32G435，采用32位ARM Cortex™-M4F内核，集成浮点运算单元（FPU）。在用这款芯片做浮点数计算时，却经常出现一些匪夷所思的现象，例如非负的两个浮点数相除得到了负数，两个非负浮点数相减得到一个更大的非负数。
而这款MCU是支持浮点数运算的，软件中也正常开启了浮点数运算功能（FPU）。如下图所示：
在这里插入图片描述
这种偶发问题导致了浮点数的计算结果不可靠，引发了严重的后果。

2. 分析思路

2.1 首先排查软件实现上的错误

反复排查软件实现上无误。

2.2 确认MCU是支持浮点数运算并正确配置了FPU模块

大部分情况浮点数计算结果是正确的，出错是少数情况。

2.3 排查浮点数计算出错的根本原因

MCU运行了uCOS操作系统，开了定时器中断和外部中断，在偶然浏览到这篇博客stm32F4单片机计算浮点数的时候偶发性出错的解决方法，与其中遇到的问题类似，并且都是M4的芯片，发现计算浮点数过程中, 若触发中断, 浮点数如果未能正常入栈, 导致中断结束后从栈中取出来的浮点数出现乱码, 从而导致偶发性计算错误。

3. 解决方案

使用keil独有的操作总中断函数

#define taskENTER_CRITICAL()  __disable_irq()
#define taskEXIT_CRITICAL()   __enable_irq()

在进行浮点数运算前，关总中断，计算结束后再开总中断。

taskENTER_CRITICAL();
//进行浮点数运算
//....
taskEXIT_CRITICAL();

在程序中，复制一份相同的浮点数变量，进行同样的浮点数运算，但是复制的那个变量每次进行浮点数运算时进行关中断保护。接下来就可以跑程序，等待现象复现。验证效果如下：
在这里插入图片描述
当原始的float变量浮点数运算出现错误值时，关中断保护的float变量仍然能正确运算。

4. 回顾思考

通过这次问题解决的过程，总结了几点教训：

尽量少用、不用浮点数，现在MCU虽然大部分都支持浮点数运算，但是不排除这些MCU也是存在一些bug的，涉及数学运算时能用int解决尽量别用浮点数，稳定性可靠性不及int；
要关注MCU负载率，在该项目中，使用了大量软件延时，导致MCU负载率很高，也增加了浮点数运算出错的可能性；
使用浮点数运算做好关中断保护，一定要使用浮点数时，需谨慎，做好出入栈保护，避免非应用层的运算出错。