在嵌入式代码中处理浮点异常的最佳方法是什么？答案

【问题标题】：Which is the best approach to handle floating point exceptions in embedded code?在嵌入式代码中处理浮点异常的最佳方法是什么？
【发布时间】：2012-10-18 20:59:43
【问题描述】：

我正在开发一个安全关键的嵌入式程序（C 语言），我想在其中使用 IEEE 754 浮点算法（使用 NaN 和 Infs）进行工程计算。在这里，我有两种方法（afaik）来处理浮动点例外：

如果发生任何异常，则进入永久故障状态。从错误检测的角度来看，这可能更健壮，但对容错/可用性不利。
忽略异常，并检查最终结果是有限数（计算成功）还是 NaN，inf（计算失败）。这种解决方案容错性更强，但风险更大，因为输出可能会意外地被排除在检查之外。
1. 在安全关键系统中，哪种解决方案更好？
2. 还有其他选择吗？
3. 如果计算的复杂性不允许第一个解决方案（我无法避免正常使用中的异常），最后的检查是否足够，还是我应该考虑其他方面？

【问题讨论】：

什么嵌入式微处理器？它们特定于所讨论的微控制器/微处理器。还可以查看如何在长序列中进行惰性评估，以及微控制器/微处理器浮点单元中的 NaN 和 Inf 是什么意思
SH2，它的 FPU 符合 IEEE754，所以我有两种选择。
可能不把所有异常都一视同仁。有些可能像非规范化下溢一样无害，而 NaN 或除以零可能完全出乎意料

标签： c floating-point-exceptions

【解决方案1】：

在安全关键系统中哪个更好取决于系统，如果没有更多信息就无法回答。
另一种选择是设计浮点代码，使其不会出现不希望的行为（或可以根据需要进行处理）并为此编写证明。
通常，检查最终值不足以检测计算过程中是否发生异常或其他错误。

关于3，考虑到各种异常结果可能在后续操作中消失。当用作除数时，无穷大可以产生零。 NaN 在最小值或最大值的某些实现中消失。（例如，max(3, NaN) 可能产生 3 而不是 NaN。）分析您的代码可能（或可能不会）揭示这些事情在您的特定计算中是否可能。

但是，检查最终值的另一种方法是检查异常标志。 IEEE 754 的大多数实现都有累积标志——一旦发生异常，它的标志就会被提升并保持提升直到显式重置。因此，您可以在计算开始时清除标志并在结束时对其进行测试，并且与测试最终值不同，这将保证您在异常发生后观察到它们。

【讨论】：

2：您是指限制输入还是如何限制输入？这将不可能计算出这些复杂计算肯定不会失败的输入范围。
代码中可能会发生除以 inf 的情况，但大多数情况下结果是一个很好的近似值。否则我没有考虑对 NaN 的关系操作。这可能会导致一些问题。您检查异常标志的建议似乎比检查结果更合适。谢谢。
@simon: 2 是开放式的。它在很大程度上取决于应用程序，取决于所涉及的特定计算。例如，在某些情况下，计算的理想函数表现良好并且不会产生错误，但可能会出现错误，因为浮点舍入会扰乱数据。（例如，如果 x 在理想计算中始终不大于 sqrt(3)，则 sqrt(3-x^2) 始终为实数。但如果浮点舍入使 x 略大于 sqrt(3)，则 sqrt( 3-x^2) 得到一个错误。）有时你可以设计代码来避免这些问题，也许通过证明 x 永远不会太大或通过明确限制 x。
@simon：零似乎是非常小的结果的一个很好的近似值，但考虑评估x/(2*y)，之前的操作导致x 和y 分别为0x1p1023。然后2*y 计算为无穷大，x/(2*y) 计算为 0，但数学上的精确值为 1/2。这不是一个很好的近似值。
很好的例子，谢谢。我写了“大部分时间”，因为这可能比我的代码中对 nan 的关系操作发生的次数少得多。