如何让ARM Clang编译器生成带#fbits参数的SCVTF指令？

在嵌入式开发场景中，我们常会遇到把S1.31格式的有符号小数转换成单精度浮点数的需求，比如下面这个C实现：

#include <stdint.h>
float Fixed_to_FP(int32_t x) {
    return ((float) (x) / (1U << 31));
}

目前用ARM编译器编译这段代码时，它会生成两条指令：

; s0 = x ; s2 = 1 / (1 << 31)
VCVT.F32.S32 s1, s0      ; s1  = float(x)
VMUL.F32     s1, s1, s2  ; s1  = float(x) * 1/(1<<31)

但其实ARM架构里的SCVTF指令可以一步完成固定点到浮点的转换——带#fbits参数的话，它会直接根据指定的小数位位数完成转换，不需要额外的乘法操作，效率更高。要让ARM Clang生成这条指令，可以试试下面这些方法：

• 指定支持SCVTF的目标架构：SCVTF是ARMv7-A/R及更高版本架构支持的指令，编译时要明确指定架构参数，比如-march=armv7-a或者-march=armv8-a，确保编译器知道目标硬件支持这条指令。
• 开启足够的优化等级：低优化等级下编译器不会做指令融合这类优化，至少要开启-O2或者-O3，让编译器有机会把除法/乘法组合转换成更高效的SCVTF指令。
• 明确代码的固定点转换意图：
  • 可以利用Clang支持的固定点类型属性，让编译器直接识别这是固定点到浮点的转换：

    typedef int32_t s1_31_t __attribute__((fixed_point(1, 31)));
    float Fixed_to_FP(s1_31_t x) {
        return (float)x;
    }
    

  • 也可以直接使用ARM内置函数（需要确认Clang版本支持）：

    #include <stdint.h>
    float Fixed_to_FP(int32_t x) {
        return __builtin_arm_scvtf(x, 31);
    }
    

通过这些调整，编译器就能识别出我们需要的是固定点转浮点的操作，进而生成带#31参数的SCVTF.F32指令，一步完成转换。

备注：内容来源于stack exchange，提问作者ysap