【复旦微FM33 MCU 外设开发指南】外设篇1——硬件除法器

前言

本系列基于复旦微FM33LC0系列单片机的DataSheet编写，旨在提供一些开发指南。
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本文章最后更新日期：2024/10/24

用途

对于M0内核的MCU而言，其内核是没有除法指令的。
当语法中出现除法操作，是借助C语言函数库来完成除法操作的。这种操作比较耗时

FM33LC0配备有硬件除法器外设HDIV，用于帮助软件加速除法运算。

工作流程

寄存器

HDIV->END ：32bit 有符号被除数
HDIV->SOR ：16bit 有符号除数
HDIV->QUOT ：32bit 有符号商
HDIV->REMD ：16bit 有符号余数
HDIV->SR：

耗时对比

FM33LC0的DataSheet写明，一次除法运算需要8个24MHz周期。

在48MHz的主频，编译器优化等级-O0的情况下：
C语言使用for循环进行100万次除法操作耗时4728ms，用硬件除法器耗时1044ms。
（由于使用了1ms的定时器中断计时，实际计算时间会比这个更短）

硬件除法器测试代码如下：

static uint32_t beginTime = 0, endTime = 0;	// 起始时间和结束时间
uint32_t x = 214748364;						// 被除数，必须加volatile，否则会被编译器优化
uint16_t y = 5635;							// 除数，必须加volatile，否则会被编译器优化
volatile uint32_t z = 0;					// 商，必须加volatile，否则会被编译器优化RCC->PCLKCR1 |= 0x1u << 9;		// 使能硬件除法器时钟
beginTime = GetTimingCounter();	// 开始计时for(uint32_t i = 0; i <1000000; i++)
{
#if 1/* 使用硬件除法器 */HDIV->END = x;				// 被除数HDIV->SOR = y;				// 除数while( HDIV->SR & 0x01 );	// 等待计算完成z = HDIV->QUOT;				// 商
#else/* 直接做除法运算 */z = x / y;
#endif
}endTime = GetTimingCounter();	// 结束计时

注意事项

原子操作

在使用硬件除法器时务必注意加入原子操作。

在使用HDIV时，需要先写入被除数寄存器HDIV->END，再写入除数寄存器HDIV->SOR，当写入除数寄存器后会自动开始运算。
如果模块A使用硬件除法器做除法，在写入被除数寄存器HDIV->END后，还没来得及写入除数寄存器HDIV->SOR，被一个高优先级的模块B抢占，而模块B也使用硬件除法器做除法，将导致：当程序返回到模块A时，HDIV->END寄存器的值其实是模块B的被除数，从而得到错误的结果。

效率

虽然操作硬件除法器比直接进行除法更加省时间，但平时我们都会将硬件除法器封装为一个单独的函数，在这种情况下：
1：函数中应当使用原子操作并操作硬件除法器，以防止运算过程被打断。在这种情况下，考虑到函数的调用时间、开关中断的时间，硬件除法器节省的时间优势会降低。
2：硬件除法器的HDIV->SR寄存器可以指示当前是否在运行过程中，但如果在填写HDIV->END和HDIV->SOR寄存器后，使用while去一直查询该寄存器来判断是否运算完成是很耗费时间的。所以可以直接加入若干个__nop()。

数据类型

硬件除法器的数据寄存器数据类型都是有符号类型的，使用时请注意类型要匹配。