给定浮点数时如何避免FPU？

Question

嗯，这根本不是一个优化问题。

我正在写一个（现在）简单的Linux内核模块，我需要找到一些位置的平均值。这些位置存储为浮点（即float）变量。 （我是整个事情的作者，所以我可以改变它，但我宁愿保持浮动的准确性而不是参与其中，如果我可以避免它。）

现在，这些位置值仅存储（或至少用于）内核中的存储空间。一个用户应用程序写入这些数据（通过共享内存（我正在使用RTAI，所以我在内核和用户空间之间共享内存））和其他人从中读取数据。我假设浮点变量的读写不会使用FPU，所以这是安全的。

安全的，我的意思是avoiding FPU in the kernel，更不用说某些系统甚至可能没有FPU。我不会使用kernel_fpu_begin/end，因为这可能会破坏我的任务的实时性。

现在在我的内核模块中，我真的不需要太多的精确度（因为无论如何都是平均位置），但我需要它说0.001。 我的问题是，如何在不使用FPU的情况下将浮点数转换为整数（原始数字的1000倍）？

我想过从float的位模式手动提取数字，但我不确定这是不是一个好主意，因为我不确定endian-ness是如何影响它的，或者即使所有架构中的浮点都是标准的

Answer 1

SoftFloat软件包的功能float32_to_int32完全符合您的要求（它在软件中实现IEEE 754）。

最后，无论如何在内核中使用某种浮点支持（无论是硬件还是软件）都是有用的，因此在项目中包含这一点很可能是一个明智的决定。它也不是太大。

Answer 2

如果你想告诉gcc使用软件浮点库，显然有一个开关，虽然在标准环境中可能不是交钥匙：

Using software floating point on x86 linux

事实上，本文建议使用-msoft-float编译linux内核及其模块：

http://www.linuxsmiths.com/blog/?p=253

那就是说，@ PaulR的建议似乎最明智。如果你提供的API可以进行你喜欢的任何转换，那么我不明白为什么它比任何其他更糟糕。

Answer 3

实际上，我认为您应该更改模块的API以使用已经采用整数格式的数据（如果可能）。当你不允许在内核空间中使用浮点时，在内核用户界面中使用浮点类型是个坏主意。

话虽如此，如果你使用单精度浮点数，它基本上总是IEEE 754单精度，并且字节顺序应该与整数字节顺序匹配。据我所知，Linux支持的所有arch都是如此。考虑到这一点，只需将它们视为无符号32位整数并提取位以缩放它们。如果可能的话，我会缩放1024而不是1000;这样做真的很容易。只需从第23位的尾数位（位0-22），“或”开始，如果指数（减去127的偏差之后）小于23，则向右移位，如果大于23，则向左移位。需要处理右移量大于32的情况（C不允许;你只需要特殊情况下零结果）或左移大到足以溢出的情况（在这种情况下你会可能想要钳制输出。）

如果您碰巧知道您的值不会超过特定范围，当然，您可能可以取消其中一些检查。实际上，如果你的值永远不会超过1并且你可以选择缩放，你可以选择它为2 ^ 23然后你可以直接使用((float_bits & 0x7fffff)|0x800000)作为指数为零时的值，否则正确 - 移。

Answer 4

您可以使用有理数而不是浮点数。可以在不损失精度的情况下实现操作（乘法，加法）。

如果您真的只需要1/1000精度，则可以将x * 1000存储为长整数。