DSP测试实验

一.参考资料:

探索者STM32F4开发板
《STM32F4开发指南-库函数版本》-第52章 DSP测试实验

二.DSP功能介绍

1.DSP功能描述

  1. STM32F4除了带有32单精度硬件FPU外,在数字信号处理方面还增加了DSP指令集。
  2. 支持诸如单周期乘加指令(MAC),优化的单指令多数据指令(SIMD),饱和算数等多种数字信号处理指令集。
  3. M4执行所有的 DSP指令集都可以在单周期完成,而M3需要多个指令和多个周期才能完成。
浮点指令集 DSP指令 指令示例
  • Cortex-M4支持SIMD指令集,这在-M3/M0系列是不可用的。
  • 上述表中的指令,有的属于SIMD指令。与硬件乘法器一起工作(MAC),使所有这些指令都能在单个周期内执行。
  • 受益于SIMD指令的支持,Cortex-M4处理器能在单周期内完成高达32×32+6464的运算,为其他任务释放处理器的带宽,而不是被乘法和加法消耗运算资源。比如一个比较复杂的运算:两个16×16乘法加上一个32位加法,如图所示:
运算

以上图片所示的运算,即:SUM = SUM +(A C)+(B D),在STM32F4上面,可以被编译成由一条单周期指令完成。

三.DSP源码库介绍

1.软件包目录:

光盘→8,STM32参考资料→STM32F4xx固件库→STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→DSP_Lib

Source文件夹是所有DSP库的源码,Examples文件夹是对应的测试实例。测试实例都是带main函数的,也就是拿到工程中可以直接使用。

软件包目录

2.DSP库介绍

  • BasicMathFunctions
    基本数学函数:提供浮点数的各种基本运算函数,如向量加减乘除等运算。
  • CommonTables
    arm_common_tables.c文件提供位翻转或相关参数表。
  • ComplexMathFunctions
    复杂数学功能,如向量处理,求模运算的。
  • ControllerFunctions
    控制功能函数。包括正弦余弦,PID电机控制,矢量Clarke变换,矢量Clarke逆变换等。
  • FastMathFunctions
    快速数学功能函数。提供了一种快速的近似正弦,余弦和平方根等相比CMSIS计算库要快的数学函数。
  • FilteringFunctions
    滤波函数功能,主要为FIR和LMS(最小均方根)等滤波函数。 MatrixFunctions
    矩阵处理函数。包括矩阵加法、矩阵初始化、矩阵反、矩阵乘法、矩阵规模、矩阵减法、矩阵转置等函数。
  • StatisticsFunctions
    统计功能函数。如求平均值、最大值、最小值、计算均方根RMS、计算方差/标准差等。
  • SupportFunctions
    支持功能函数,如数据拷贝,Q格式和浮点格式相互转换,Q任意格式相互转换。
  • TransformFunctions
    变换功能。包括复数FFT(CFFT)/复数FFT逆运算(CIFFT)、实数FFT(RFFT)/实数FFT逆运算(RIFFT)、和DCT(离散余弦变换)和配套的初始化函数。

对于DSP库源码,代码量很大,ST为我们提了.lib格式的文件,方便使用。这些.lib文件就是由Source文件夹下的源码编译生成的,如果想看某个函数的源码,大家可以在Source文件夹下面查找。

.lib格式文件路径:STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→Lib→ARM

总共有8个.lib文件,如下:

arm_cortexM0b_math.lib (Cortex-M0大端模式)
arm_cortexM0l_math.lib (Cortex-M0小端模式)
arm_cortexM3b_math.lib (Cortex-M3大端模式)
arm_cortexM3l_math.lib (Cortex-M3小端模式)
arm_cortexM4b_math.lib (Cortex-M4大端模式)
arm_cortexM4bf_math.lib (Cortex-M4小端模式)
arm_cortexM4l_math.lib (浮点Cortex-M4大端模式)
arm_cortexM4lf_math.lib (浮点Cortex-M4小端模式)

我们得根据所用MCU内核类型以及端模式来选择符合要求的.lib文件,本章我们所用的STM32F4属于CortexM4F内核,小端模式,应选择:arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)。

四. DSP库运行环境搭建

1.DSP库运行环境搭建步骤

(1)添加文件

添加文件

Include文件夹,是直接拷贝:STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→Include

(2)添加arm_cortexM4lf_math.lib文件到工程,并把include文件夹包含到path。

添加lib文件 包含到path

2.添加全局宏定义

为了使用DSP库的所有功能,我们还需要添加几个全局宏定义:

1.__FPU_USED        :这个如果在MDK中开启了,就不需要再填
2.__FPU_PRESENT :这个在stm32f4xx.h默认开启,可以不填
3.ARM_MATH_CM4
4.__CC_ARM
5.ARM_MATH_MATRIX_CHECK
6.ARM_MATH_ROUNDING
全局宏定义

在Define处要输入的所有宏为:STM32F40_41xxx,USE_STDPERIPH_DRIVER,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING

五.DSP库测试

1.DSP库测试实例介绍

$$ sin(x)2+cos(x)2=1 $$

MDK的标准库(math.h)提供我们:sin、cos、sinf和cosf等4个函数,带f的表示单精度浮点型运算,即float型,而不带f的表示双精度浮点型,即double。

STM32F4的DSP库,则提供我们另外两个函数:arm_sin_f32和arm_cos_f32(注意:需要添加:arm_math.h头文件才可使用!!!),这两个函数也是单精度浮点型的,用法同sinf和cosf一模一样。

本例程测试:
arm_sin_f32 & arm_cos_f32 和 sinf&cosf 的速度差别。

最后修改:2020 年 03 月 21 日 11 : 43 AM
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