NUCLEO-F401RE(Cortex-M4)とPSoC 5LP(Cortex-M3)の浮動小数点演算比較

小ネタ実験です。

NUCLEO-F401REに載っているMPUはSTM32F401でCortex-M4ベースでFPUが搭載されている。しかも1,500円＠秋月とPSoC 5LP Prototyping Kit（Cortex-M3ベース）と同じ値段だ。

このあいだPSoC 5LPで浮動小数点演算をしてサイン波のテーブルを作成してみたが、FPU付きのNUCLEO-F401REでも同じことをして比較してみた。

NUCLEOはmbedのオンラインコンパイラ使った。

 #include "mbed.h"  
   
 //------------------------------------  
 // Hyperterminal configuration  
 // 9600 bauds, 8-bit data, no parity  
 //------------------------------------  
 #include <math.h>  
   
 #define M_PI      (3.14159265358979323846) /* pi double*/  
 #define M_PI_f     (3.1415926f) /* pi float */  
 #define TABLE_LENGTH  (8192)  
   
 Serial pc(SERIAL_TX, SERIAL_RX);  
 Timer timer0;  
 uint8_t waveTable_0[TABLE_LENGTH];  
   
 void genSineTable_double(uint8_t *table, int length)   
 {   
   int i;   
   int16_t v;   
   int8_t* p8;   
   for (i = 0; i < length / 2; i++) {   
      v = (int16_t)(sin(2.0 * M_PI * i * 2 / length) * 32767);   
      p8 = (int8_t *)&v;   
      table[i*2] = *(p8+1);   
      table[i*2+1] = *p8;   
   }   
 }  
   
 void genSineTable_float(uint8_t *table, int length)   
 {   
   int i;   
   int16_t v;   
   int8_t* p8;   
   for (i = 0; i < length / 2; i++) {   
      v = (int16_t)(sinf(2.0f * M_PI_f * i * 2 / length) * 32767);   
      p8 = (int8_t *)&v;   
      table[i*2] = *(p8+1);   
      table[i*2+1] = *p8;   
   }   
 }  
     
 int main() {  
   timer0.start();  
     
   // 単精度浮動小数点演算 (with FPU)  
   pc.printf("start float: TABLE_SIZE:%d\r\n", TABLE_LENGTH);  
   timer0.reset();  
   genSineTable_float(waveTable_0, TABLE_LENGTH);  
   pc.printf("%d\r\n", timer0.read_us());  
     
   // 倍精度浮動小数点演算  
   pc.printf("start double: TABLE_SIZE:%d\r\n", TABLE_LENGTH);  
   timer0.reset();  
   genSineTable_double(waveTable_0, TABLE_LENGTH);  
   pc.printf("%d\r\n", timer0.read_us());  
 }  
    

FPU付きだが単精度小数点数しか使えないらしいのでdouble型とfloat型の二通りでサイン波テーブルを生成。

TABLE_LENGTH	Nucleo float (us)	Nucleo double (us)	float vs double	PSoC 5LP(us)
512	372	18125	48.72311828	15280
1024	743	36255	48.79542396	29640
2048	1486	72718	48.93539704	58400
4096	2972	145631	49.00100942	116000
8192	5943	291349	49.02389366	230000

比較すると、floatだとNUCLEO-F401REが圧倒的に速い。

PSoC 5LPのコードは今回のものと少し違うが、double型で計算している。double型（FPUなし）だとM3のPSoC 5LPの方が若干速い結果になった。

動作クロックはPSoC5LPが72MHz、NUCLEO-F401REは84MHz。

double型（FPUなし）での比較はM3もM4も大差ないというぐらいの認識で（＾ｑ＾；

メモ：

NucleoというかSTM32はmbed以外にもSTM32ネイティブ(?)のコンパイラがあってオフィシャルではIARとかの有償（企業向）のものが推奨されている。

無償ではCooCox CoIDEというのがある（GCC based IDEと書かれているのはこれかな？）

STM32 Cubeというライブラリもあるみたいで、よくわかりません。