IAR下全志T113-S3 ARM Cortex-A7开启FPU后异常怎么解决？

针对在IAR环境下移植RT-Thread到全志T113-S3（ARM Cortex-A7）时开启FPU后触发Undef_Handler异常的问题，以下是系统的分析和解决方案：

问题根源分析

1. 
   

   FPU初始化时机问题
   
   系统启动早期（如C库初始化、静态构造函数）可能隐含浮点操作，若FPU未及时使能，会触发未定义指令异常。

   
   


2. 
   

   FPU寄存器未正确配置  

   
   
   
   
   • Cortex-A7需通过CPACR寄存器使能FPU访问权限（CP10/CP11）。
   
   
   • 缺少必要的内存屏障指令（ISB/DSB）。
   
   
   
   


3. 
   

   编译器FPU设置不匹配
   
   IAR项目选项中的FPU配置需与代码设置一致。

   
   


4. 
   

   上下文切换未适配FPU
   
   开启RT_USING_FPU后，RT-Thread需在上下文切换时保存/恢复FPU寄存器（s0-s31, FPSCR）。

   
   

解决方案

1. 提前初始化FPU（关键步骤）

修改启动流程，在任何浮点操作前完成FPU初始化：

// 在汇编启动文件中调用（如reset_handler）

PUBLIC __iar_program_start

EXTERN rt_hw_fpu_init_early



RESET_HANDLER:

    BL      rt_hw_fpu_init_early  // 提前初始化FPU

    LDR     R0, =__iar_program_start

    BX      R0

新增早期FPU初始化函数（rt_hw_fpu_init_early.c）：

#include 

#include 



void rt_hw_fpu_init_early(void) {

    // 启用CP10和CP11访问权限（置为0b11）

    uint32_t cpacr = __get_CPACR();

    cpacr |= (3 << 20) | (3 << 22);  // 设置CP10 & CP11

    __set_CPACR(cpacr);



    // 确保配置生效

    __ISB();

    __DSB();

}

2. 完善FPU上下文切换

检查并修改上下文切换代码（context_iar.S）：

; 添加FPU寄存器保存/恢复

.macro SAVE_FPU_REGS

    VSTMDB  r0!, {d0-d15}   ; 保存D0-D15（覆盖S0-S31）

    VMRS    r1, FPSCR       ; 保存FPSCR

    STMFD   r0!, {r1}

.endm



.macro RESTORE_FPU_REGS

    LDMFD   r0!, {r1}

    VMSR    FPSCR, r1       ; 恢复FPSCR

    VLDMIA  r0!, {d0-d15}   ; 恢复D0-D15

.endm



; 在线程切换中使用

rt_hw_context_switch:

    SAVE_FPU_REGS        ; 保存当前线程FPU上下文

    ...                  ; 原有寄存器保存

    RESTORE_FPU_REGS     ; 恢复新线程FPU上下文

    ...                  ; 原有寄存器恢复

3. 校对IAR项目设置

确保IAR选项匹配：

• Project > Options > General Options > Target  
  
  
  
  • Floating-point: VFPv4-D16  
  
  
  • FPU hardware: Enabled
  
  


• C/C++ Compiler > Language  
  
  
  
  • C dialect: C99  
  
  
  • Allow VFP instructions: Yes
  
  

4. 验证初始化顺序

在rt_low_level_init()中保留FPU初始化，但确认其调用顺序：

void rt_low_level_init() {

    rt_hw_fpu_init();  // 保留此处初始化（确保无冗余）

    ...                // 其他初始化

}

验证步骤

1. 编译并下载固件。


2. 单步调试观察rt_hw_fpu_init_early()执行后的CPACR寄存器值（应为0x00F00000）。


3. 检查首次浮点指令执行前FPU是否已使能。


4. 若仍异常，在Undef_Handler中打印触发地址，反汇编排查指令是否隐含浮点操作。

补充建议

• 排查C库初始化：确认IAR的启动文件（__iar_init_core/__iar_init_vfp）是否自动开启FPU（若存在则删除冗余代码）。


• 安全扩展支持：若使用TrustZone，需额外设置NSACR：
  

  __set_NSACR(__get_NSACR() | (3 << 10));  // 使能非安全访问

通过以上步骤，FPU应在系统启动最早阶段生效，避免未定义指令异常，确保RT-Thread正常调度含浮点操作的线程。

// 在汇编启动文件中调用（如reset_handler）

PUBLIC __iar_program_start

EXTERN rt_hw_fpu_init_early



RESET_HANDLER:

    BL      rt_hw_fpu_init_early  // 提前初始化FPU

    LDR     R0, =__iar_program_start

    BX      R0

#include 

#include 



void rt_hw_fpu_init_early(void) {

    // 启用CP10和CP11访问权限（置为0b11）

    uint32_t cpacr = __get_CPACR();

    cpacr |= (3 << 20) | (3 << 22);  // 设置CP10 & CP11

    __set_CPACR(cpacr);



    // 确保配置生效

    __ISB();

    __DSB();

}

; 添加FPU寄存器保存/恢复

.macro SAVE_FPU_REGS

    VSTMDB  r0!, {d0-d15}   ; 保存D0-D15（覆盖S0-S31）

    VMRS    r1, FPSCR       ; 保存FPSCR

    STMFD   r0!, {r1}

.endm



.macro RESTORE_FPU_REGS

    LDMFD   r0!, {r1}

    VMSR    FPSCR, r1       ; 恢复FPSCR

    VLDMIA  r0!, {d0-d15}   ; 恢复D0-D15

.endm



; 在线程切换中使用

rt_hw_context_switch:

    SAVE_FPU_REGS        ; 保存当前线程FPU上下文

    ...                  ; 原有寄存器保存

    RESTORE_FPU_REGS     ; 恢复新线程FPU上下文

    ...                  ; 原有寄存器恢复

void rt_low_level_init() {

    rt_hw_fpu_init();  // 保留此处初始化（确保无冗余）

    ...                // 其他初始化

}

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