在哪里可以找到有关 avr-gcc 在为 8 位处理器进行编译时使用的浮点值的精确二进制表示形式的信息？

问题描述 投票：0回答：3

我需要在使用 Arduino 框架使用 Platformio 为 Atmega328 构建的 C++ 项目中找出 

float
和 
double
的准确二进制表示。我无法访问实际硬件，因此无法亲自检查。

微控制器没有 FPU 并且是 8 位的，因此它几乎完全取决于编译器（或框架的库？） - 在本例中似乎是 

avr-gcc
，版本 7.3。我已经设法了解 
avr-gcc
文档 告诉我，默认情况下 
double
的表示方式与 
float
相同，但没有指定实际是什么（仅提到 IEEE 标准）可选 
long double
）。

所以，这个问题实际上是双重的。最重要的是，我需要知道在这种特殊情况下浮点数的表示形式是什么（我强烈怀疑它是 IEEE 754，但可以使用确认）。其次，我想知道在哪里可以正式找到这些信息，作为某种官方文档的一部分。

c++ floating-point avr-gcc
3个回答
1
投票

浮点格式

无论如何，浮点格式是：

IEEE-754，二进制，小端。 另请参阅 avr-gcc Wiki：类型布局。

在编码形式中，表示的各个部分将占据：

32 位浮点 64 位浮点
签名 1 位（31） 1 位 (63)
有偏指数 8 位 (30−23) 11 位 (62−52)
编码尾数 23 位 (22−0) 52 位 (51−0)
指数偏差 127 1023
尺寸 4 8

NaN 是无信号的。

一些属性可用作 GCC 内置宏，例如 

float
、run

> echo "" | avr-gcc -xc - -E -dM | grep _FL | sort

#define __FLOAT_WORD_ORDER__ __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
...
#define __FLT_HAS_DENORM__ 1
#define __FLT_HAS_INFINITY__ 1
#define __FLT_HAS_QUIET_NAN__ 1
#define __FLT_MANT_DIG__ 24
#define __FLT_MAX_EXP__ 128
...
#define __FLT_MIN_EXP__ (-125)
#define __FLT_RADIX__ 2
#define __SIZEOF_FLOAT__ 4

对于 

double
属性，grep 查找 
__DBL
或 
DOUBLE
。

浮点可用性

  • 直到（包括avr-gcc v9），我们有 

    float
    = 
    double
    = 
    long double
    并且全部都是 32 位宽。

  • 对于 avr-gcc v10 及以上版本： 

    double
    的大小取决于命令行选项 
    -mdouble=[32|64]
    ，参见。 avr-gcc 命令行选项。此选项的默认值和可用性取决于配置选项 
    --with-double=...
    ，参见。 AVR 后端的 GCC 配置选项。

    类似的情况也适用于 
    long double
    和 
    -mlong-double=
    。 
    --with-long-double=
    。

  • 浮点库不支持精简的微型内核 (

    -mmcu=avrtiny
    )。

    • 对于不支持
  • MUL

    指令的设备，

    64 位浮点支持不完整。
    

    • 



浮点实现


    

  • 对于主机上的计算（如常量折叠），GCC 使用MPFR。
    

    • 

  • AVR 目标的 32 位浮点作为 AVR-LibC 的一部分实现，甚至是您通常在 libgcc 中期望的部分。
    

    • 

  • AVR 目标的 64 位浮点作为 libgcc 的一部分实现，甚至是您通常在 libm 中期望的部分。
    

    • 

  • 某些功能可能不 100% 符合 IEEE 标准。  例如，IEEE 要求像 
    sin
     这样的函数的结果就像以无限精度计算 
    sin
     一样，然后根据所选的舍入模式进行舍入。  出于效率考虑，某些函数返回的结果的精度可能低于 IEEE 规定的精度。
    

    • 


    

    

    
    
    

    

        

            

                

                    
0
投票

                    
                

            

        

        

如果没有硬件浮点，则浮点支持由平台的 
libc 完成。在 avr-gcc 中，我在文档中也看不到任何有关 float
 格式的信息。要真正确认它，您确实需要硬件或阅读 avr-gcc 源代码


但是您可以快速检查浮点常量，看看它们是否与 IEEE-754 值匹配。如果是，那么格式很可能是 IEEE-754。您还可以检查 
__STDC_IEC_559__
 是否完全符合 IEEE-754 要求


#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <float.h>

int main(void) {
#ifdef __STDC_IEC_559__
    puts("\n__STDC_IEC_559__ macro defined\n");
#else
    puts("\n__STDC_IEC_559__ macro not defined\n");
#endif

    char flt_dig = FLT_DIG; // should be 6
    char flt_mant_dig = FLT_MANT_DIG; // should be 24
    char flt_max_10_exp = FLT_MAX_10_EXP; // should be 38
    int flt_max_exp = FLT_MAX_EXP; // should be 128
    char flt_min_10_exp = FLT_MIN_10_EXP; // should be -37
    char flt_min_exp = FLT_MIN_EXP; // should be -125
    return 0;
}

在Godbolt中编译上述代码，并检查相应的装配线，其颜色与原始源代码相同。很容易看出这些值与预期的 IEEE-754 二进制 32 相同。但它并不完全符合 IEEE 754 标准
    



    

    
    
    

    

        

            

                

                    
0
投票

                    
                

            

        

        
我写了两个测试文件。一个用于 AVR（
test.c）：

float  test_u_float = 0.1234f, test_s_float = -0.1234f;
double test_u_double = 0.1234, test_s_double = -0.1234;

这是为Atmega640编译的：


avr-gcc -x c -mmcu=atmega640 -O0 -save-temps test.c

并产生了这个输出（
test.s）：

    .file   "test.c"
__SP_H__ = 0x3e
__SP_L__ = 0x3d
__SREG__ = 0x3f
__tmp_reg__ = 0
__zero_reg__ = 1
    .text
.global test_u_float
    .data
    .type   test_u_float, @object
    .size   test_u_float, 4
test_u_float:
    .byte   36
    .byte   -71
    .byte   -4
    .byte   61
.global test_s_float
    .type   test_s_float, @object
    .size   test_s_float, 4
test_s_float:
    .byte   36
    .byte   -71
    .byte   -4
    .byte   -67
.global test_u_double
    .type   test_u_double, @object
    .size   test_u_double, 4
test_u_double:
    .byte   36
    .byte   -71
    .byte   -4
    .byte   61
.global test_s_double
    .type   test_s_double, @object
    .size   test_s_double, 4
test_s_double:
    .byte   36
    .byte   -71
    .byte   -4
    .byte   -67
    .ident  "GCC: (GNU) 11.2.0"
.global __do_copy_data

还为
amd64平台编写并编译了一个简单的程序：

#include <stdio.h>

float foo = 0.1234f, bar = -0.1234f;
  
int main(void)
{
    printf("U %08X S %08X\n", *(unsigned*)&foo, *(unsigned*)&bar);
    return 0;
}

产生了这个：


U 3DFCB924 S BDFCB924

将 
test.s 中的有符号字节转换为二进制表明 GCC 在 AVR 上以与 AMD64 相同的格式对浮点数和双精度数进行编码，即 IEEE 754。
    

	

    

    


  

  

    
最新问题


  





  

    © www.soinside.com 2019 - 2024. All rights reserved.