【STM32H7的DSP教程】第22章 DSP矩阵运算-放缩，乘法和转置矩阵
2024-05-08 15:45:09
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第22章 DSP矩阵运算-放缩，乘法和转置矩阵
本期教程主要讲解矩阵运算中的放缩，乘法和转置。
目录
第22章 DSP矩阵运算-放缩，乘法和转置矩阵
22.1 初学者重要提示
22.2 DSP基础运算指令
22.3 矩阵放缩（MatScale）
22.3.1 函数arm_mat_scale_f32
22.3.2 函数arm_mat_scale_q31
22.3.3 函数arm_mat_scale_q15
22.3.4 使用举例（含matlab实现）
22.4 矩阵乘法（MatMult）
22.4.1 函数arm_mat_mult_f32
22.4.2 函数arm_mat_mult_q31
22.4.3 函数arm_mat_mult_q15
22.4.4 函数arm_mat_mult_fast_q31
22.4.5 函数arm_mat_mult_fast_q15
22.4.6 使用举例（含matlab实现）
22.5 转置矩阵 MatTrans
22.5.1 函数arm_mat_trans_f32
22.5.2 函数arm_mat_trans_q31
22.5.3 函数arm_mat_trans_q15
22.5.4 使用举例（含matlab实现）
22.6 实验例程说明（MDK）
22.7 实验例程说明（IAR）
22.8 总结
22.1 初学者重要提示
- ARM提供的DSP库逆矩阵求法有局限性，通过Matlab验证是可以求逆矩阵的，而DSP库却不能正确求解。
- 注意定点数的矩阵乘法运算中溢出问题。
22.2 DSP基础运算指令
本章用到的DSP指令在前面章节都已经讲解过。
22.3 矩阵放缩（MatScale）
以3*3矩阵为例，矩阵放缩的实现公式如下：
22.3.1 函数arm_mat_scale_f32
函数原型：
arm_status arm_mat_scale_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrc,
float32_t scale,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于浮点格式的矩阵数据的放缩。
函数参数：
- 第1个参数是源矩阵地址。
- 第2个参数是放缩系数。
- 第3个参数是放缩后的目的数据地址。
- 返回值，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示源矩阵和目标矩阵行列不一致，ARM_MATH_SUCCESS表示成功。
注意事项：
矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.3.2 函数arm_mat_scale_q31
函数原型：
arm_status arm_mat_scale_q31(
const arm_matrix_instance_q31 * pSrc,
q31_t scaleFract,
int32_t shift,
arm_matrix_instance_q31 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点Q31格式的矩阵数据的放缩。
函数参数：
- 第1个参数是源矩阵地址。
- 第2个参数是放缩系数。
- 第3个参数是移位的bit数。
- 第4个参数是放缩后的目的数据地址。
- 返回值，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示源矩阵和目标矩阵行列不一致，ARM_MATH_SUCCESS表示成功。
注意事项：
- 两个1.31格式的数据相乘产生2.62格式的数据，最终结果要做偏移和饱和运算产生1.31格式数。
- 定点数的最终放缩比例计算是：scale = scaleFract * 2^shift。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.3.3 函数arm_mat_scale_q15
函数原型：
arm_status arm_mat_scale_q15(
const arm_matrix_instance_q15 * pSrc,
q15_t scaleFract,
int32_t shift,
arm_matrix_instance_q15 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点Q15格式的矩阵数据的放缩。
函数参数：
- 第1个参数是源矩阵地址。
- 第2个参数是放缩系数。
- 第3个参数是移位的bit数。
- 第4个参数是放缩后的目的数据地址。
- 返回值，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示源矩阵和目标矩阵行列不一致，ARM_MATH_SUCCESS表示成功。
注意事项：
- 两个1.15格式的数据相乘产生2.30格式的数据，最终结果要做偏移和饱和运算产生1.15格式数据。
- 定点数的最终放缩比例计算是：scale = scaleFract * 2^shift。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.3.4 使用举例（含matlab实现）
程序设计：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_MatScale
* 功能说明: 矩阵放缩
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatScale(void)
{uint8_t i;/****浮点数数组******************************************************************/float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};float32_t scale = 1.1f;float32_t pDataDst[9];arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据arm_matrix_instance_f32 pDst;/****定点数Q31数组******************************************************************/q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q31_t scaleFract = 10;int32_t shift = 0;q31_t pDataDst1[9];arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据arm_matrix_instance_q31 pDst1;/****定点数Q15数组******************************************************************/q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q15_t scaleFract1 = 10;int32_t shift1 = 0;q15_t pDataDst2[9];arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据arm_matrix_instance_q15 pDst2;/****浮点数***********************************************************************/pSrcA.numCols = 3;pSrcA.numRows = 3;pSrcA.pData = pDataA;pDst.numCols = 3;pDst.numRows = 3;pDst.pData = pDataDst;printf("****浮点数******************************************\r\n");arm_mat_scale_f32(&pSrcA, scale, &pDst);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]);}/****定点数Q31***********************************************************************/pSrcA1.numCols = 3;pSrcA1.numRows = 3;pSrcA1.pData = pDataA1;pDst1.numCols = 3;pDst1.numRows = 3;pDst1.pData = pDataDst1;printf("****定点数Q31******************************************\r\n");arm_mat_scale_q31(&pSrcA1, scaleFract, shift, &pDst1);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]);}/****定点数Q15***********************************************************************/pSrcA2.numCols = 3;pSrcA2.numRows = 3;pSrcA2.pData = pDataA2;pDst2.numCols = 3;pDst2.numRows = 3;pDst2.pData = pDataDst2;printf("****定点数Q15******************************************\r\n");arm_mat_scale_q15(&pSrcA2, scaleFract1, shift1, &pDst2);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]);}
}
实验现象（按下K1按键后串口打印）：
下面通过matlab来实现矩阵的放缩：
22.4 矩阵乘法（MatMult）
以3*3矩阵为例，矩阵乘法的实现公式如下：
22.4.1 函数arm_mat_mult_f32
函数原型：
arm_status arm_mat_mult_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于浮点数的矩阵乘法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A乘以矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 两个矩阵M x N和N x P相乘的结果是M x P（必须保证一个矩形的列数等于另一个矩阵的行数）。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.4.2 函数arm_mat_mult_q31
函数原型：
arm_status arm_mat_mult_q31(
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q31 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q31的矩阵乘法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A乘以矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 两个1.31格式的数据相乘产生2.62格式的数据，函数的内部使用了64位的累加器，最终结果要做偏移和饱和运算产生1.31格式数据。
- 两个矩阵M x N和N x P相乘的结果是M x P.（必须保证一个矩形的列数等于另一个矩阵的行数）。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.4.3 函数arm_mat_mult_q15
函数原型：
arm_status arm_mat_mult_q15(
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q15 * pDst,
q15_t * pState)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15的矩阵乘法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A乘以矩阵B计算结果存储的地址。
- 第4个参数用于存储内部计算结果。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 两个1.15格式数据相乘是2.30格式，函数的内部使用了64位的累加器，34.30格式，最终结果将低15位截取掉并做饱和处理为1.15格式。
- 两个矩阵M x N和N x P相乘的结果是M x P.（必须保证一个矩形的列数等于另一个矩阵的行数）。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.4.4 函数arm_mat_mult_fast_q31
函数原型：
arm_status arm_mat_mult_fast_q31(
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q31 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q31的矩阵乘法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A乘以矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 两个1.31格式的数据相乘产生2.62格式的数据，函数的内部使用了64位的累加器，最终结果要做偏移和饱和运算产生1.31格式数据。
- 两个矩阵M x N和N x P相乘的结果是M x P.（必须保证一个矩形的列数等于另一个矩阵的行数）。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
- 函数arm_mat_mult_fast_q31是arm_mat_mult_q31的快速算法。
22.4.5 函数arm_mat_mult_fast_q15
函数原型：
arm_status arm_mat_mult_q15(
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q15 * pDst,
q15_t * pState)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15的矩阵乘法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A乘以矩阵B计算结果存储的地址。
- 第4个参数用于存储内部计算结果。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 两个1.15格式数据相乘是2.30格式，函数的内部使用了64位的累加器，34.30格式，最终结果将低15位截取掉并做饱和处理为1.15格式。
- 两个矩阵M x N和N x P相乘的结果是M x P.（必须保证一个矩形的列数等于另一个矩阵的行数）。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
22.4.6 使用举例（含matlab实现）
程序设计：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_MatMult
* 功能说明: 矩阵乘法
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatMult(void)
{uint8_t i;/****浮点数数组******************************************************************/float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};float32_t pDataDst[9];arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据arm_matrix_instance_f32 pDst;/****定点数Q31数组******************************************************************/q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q31_t pDataB1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q31_t pDataDst1[9];arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据arm_matrix_instance_q31 pDst1;/****定点数Q15数组******************************************************************/q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q15_t pDataB2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q15_t pDataDst2[9];arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据arm_matrix_instance_q15 pDst2;q15_t pState[9];/****浮点数***********************************************************************/pSrcA.numCols = 3;pSrcA.numRows = 3;pSrcA.pData = pDataA;pSrcB.numCols = 3;pSrcB.numRows = 3;pSrcB.pData = pDataB;pDst.numCols = 3;pDst.numRows = 3;pDst.pData = pDataDst;printf("****浮点数******************************************\r\n");arm_mat_mult_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]);}/****定点数Q31***********************************************************************/pSrcA1.numCols = 3;pSrcA1.numRows = 3;pSrcA1.pData = pDataA1;pSrcB1.numCols = 3;pSrcB1.numRows = 3;pSrcB1.pData = pDataB1;pDst1.numCols = 3;pDst1.numRows = 3;pDst1.pData = pDataDst1;printf("****定点数Q31******************************************\r\n");arm_mat_mult_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);arm_mat_mult_fast_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]);}/****定点数Q15***********************************************************************/pSrcA2.numCols = 3;pSrcA2.numRows = 3;pSrcA2.pData = pDataA2;pSrcB2.numCols = 3;pSrcB2.numRows = 3;pSrcB2.pData = pDataB2;pDst2.numCols = 3;pDst2.numRows = 3;pDst2.pData = pDataDst2;printf("****定点数Q15******************************************\r\n");arm_mat_mult_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2, pState);arm_mat_mult_fast_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2, pState);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]);}
}
实验现象（按下K2按键后串口打印）：
下面通过matlab来实现矩阵的放缩：
22.5 转置矩阵 MatTrans
以3*3矩阵为例，转置矩阵的实现公式如下：
22.5.1 函数arm_mat_trans_f32
函数原型：
arm_status arm_mat_trans_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrc,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于浮点数的转置矩阵求解。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵源地址。
- 第2个参数是转置后的矩阵地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 矩阵M x N转置后是N x M。也就是说pSrc源地址存储的矩阵是M x N格式的话，那么pDst地址必须是N x M格式。
22.5.2 函数arm_mat_trans_q31
函数原型：
arm_status arm_mat_trans_q31(
const arm_matrix_instance_q31 * pSrc,
arm_matrix_instance_q31 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q31的转置矩阵求解。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵源地址。
- 第2个参数是转置后的矩阵地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
矩阵M x N转置后是N x M。也就是说pSrc源地址存储的矩阵是M x N格式的话，那么pDst地址必须是N x M格式。
22.5.3 函数arm_mat_trans_q15
函数原型：
arm_status arm_mat_trans_q15(
const arm_matrix_instance_q15 * pSrc,
arm_matrix_instance_q15 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15的转置矩阵求解。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵源地址。
- 第2个参数是转置后的矩阵地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
矩阵M x N转置后是N x M。也就是说pSrc源地址存储的矩阵是M x N格式的话，那么pDst地址必须是N x M格式。
22.5.4 使用举例（含matlab实现）
程序设计：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_MatScale
* 功能说明: 矩阵放缩
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatScale(void)
{uint8_t i;/****浮点数数组******************************************************************/float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};float32_t scale = 1.1f;float32_t pDataDst[9];arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据arm_matrix_instance_f32 pDst;/****定点数Q31数组******************************************************************/q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q31_t scaleFract = 10;int32_t shift = 0;q31_t pDataDst1[9];arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据arm_matrix_instance_q31 pDst1;/****定点数Q15数组******************************************************************/q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q15_t scaleFract1 = 10;int32_t shift1 = 0;q15_t pDataDst2[9];arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据arm_matrix_instance_q15 pDst2;/****浮点数***********************************************************************/pSrcA.numCols = 3;pSrcA.numRows = 3;pSrcA.pData = pDataA;pDst.numCols = 3;pDst.numRows = 3;pDst.pData = pDataDst;printf("****浮点数******************************************\r\n");arm_mat_scale_f32(&pSrcA, scale, &pDst);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]);}/****定点数Q31***********************************************************************/pSrcA1.numCols = 3;pSrcA1.numRows = 3;pSrcA1.pData = pDataA1;pDst1.numCols = 3;pDst1.numRows = 3;pDst1.pData = pDataDst1;printf("****定点数Q31******************************************\r\n");arm_mat_scale_q31(&pSrcA1, scaleFract, shift, &pDst1);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]);}/****定点数Q15***********************************************************************/pSrcA2.numCols = 3;pSrcA2.numRows = 3;pSrcA2.pData = pDataA2;pDst2.numCols = 3;pDst2.numRows = 3;pDst2.pData = pDataDst2;printf("****定点数Q15******************************************\r\n");arm_mat_scale_q15(&pSrcA2, scaleFract1, shift1, &pDst2);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]);}
}/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_MatTrans
* 功能说明: 矩阵数据初始化
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatTrans(void)
{uint8_t i;/****浮点数数组******************************************************************/float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};float32_t pDataDst[9];arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据arm_matrix_instance_f32 pDst;/****定点数Q31数组******************************************************************/q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q31_t pDataDst1[9];arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据arm_matrix_instance_q31 pDst1;/****定点数Q15数组******************************************************************/q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};q15_t pDataDst2[9];arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据arm_matrix_instance_q15 pDst2;/****浮点数***********************************************************************/pSrcA.numCols = 3;pSrcA.numRows = 3;pSrcA.pData = pDataA;pDst.numCols = 3;pDst.numRows = 3;pDst.pData = pDataDst;printf("****浮点数******************************************\r\n");arm_mat_trans_f32(&pSrcA, &pDst);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]);}/****定点数Q31***********************************************************************/pSrcA1.numCols = 3;pSrcA1.numRows = 3;pSrcA1.pData = pDataA1;pDst1.numCols = 3;pDst1.numRows = 3;pDst1.pData = pDataDst1;printf("****定点数Q31******************************************\r\n");arm_mat_trans_q31(&pSrcA1, &pDst1);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]);}/****定点数Q15***********************************************************************/pSrcA2.numCols = 3;pSrcA2.numRows = 3;pSrcA2.pData = pDataA2;pDst2.numCols = 3;pDst2.numRows = 3;pDst2.pData = pDataDst2;printf("****定点数Q15******************************************\r\n");arm_mat_trans_q15(&pSrcA2, &pDst2);for(i = 0; i < 9; i++){printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]);}
}
实验现象（按下K3按键后串口打印）：
下面通过matlab来实现矩阵的放缩：
22.6 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V7-217_DSP矩阵运算（放缩，乘法和转置）
实验目的：
- 学习DSP复数运算（放缩，乘法和转置）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatScale的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatMult的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatTrans的输出数据。
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.4 ，4.6和5.4小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
RAM空间用的DTCM：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{/* 配置MPU */MPU_Config();/* 使能L1 Cache */CPU_CACHE_Enable();/* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。- 设置NVIV优先级分组为4。*/HAL_Init();/* 配置系统时钟到400MHz- 切换使用HSE。- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。*/SystemClock_Config();/* Event Recorder：- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第8章*/
#if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);EventRecorderStart();
#endifbsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
MPU配置和Cache配置：
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: MPU_Config
* 功能说明: 配置MPU
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;/* 禁止 MPU */HAL_MPU_Disable();/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000;MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB; MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE; MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/*使能 MPU */HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: CPU_CACHE_Enable
* 功能说明: 使能L1 Cache
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{/* 使能 I-Cache */SCB_EnableICache();/* 使能 D-Cache */SCB_EnableDCache();
}
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatScale的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatMult的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatTrans的输出数据。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */bsp_Init(); /* 硬件初始化 */PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 *//* 进入主程序循环体 */while (1){bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 *//* 判断定时器超时时间 */if (bsp_CheckTimer(0)) {/* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2);}ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */if (ucKeyCode != KEY_NONE){switch (ucKeyCode){case KEY_DOWN_K1: /* 按下按键K1，串口打函数DSP_MatScale的输出数据 */DSP_MatScale();break;case KEY_DOWN_K2: /* 按下按键K2，串口打函数DSP_MatMult的输出数据 */DSP_MatMult();break;case KEY_DOWN_K3: /* 按下按键K3，串口打函数DSP_MatTrans的输出数据 */DSP_MatTrans();break;default:/* 其他的键值不处理 */break;}}}
}
22.7 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V7-217_DSP矩阵运算（放缩，乘法和转置）
实验目的：
- 学习DSP复数运算（放缩，乘法和转置）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatScale的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatMult的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatTrans的输出数据。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.4 ，4.6和5.4小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
RAM空间用的DTCM：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{/* 配置MPU */MPU_Config();/* 使能L1 Cache */CPU_CACHE_Enable();/* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。- 设置NVIV优先级分组为4。*/HAL_Init();/* 配置系统时钟到400MHz- 切换使用HSE。- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。*/SystemClock_Config();/* Event Recorder：- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第8章*/
#if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);EventRecorderStart();
#endifbsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
MPU配置和Cache配置：
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: MPU_Config
* 功能说明: 配置MPU
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;/* 禁止 MPU */HAL_MPU_Disable();/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x24000000;MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_512KB;MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL1;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x60000000;MPU_InitStruct.Size = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB; MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE; MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);/*使能 MPU */HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: CPU_CACHE_Enable
* 功能说明: 使能L1 Cache
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{/* 使能 I-Cache */SCB_EnableICache();/* 使能 D-Cache */SCB_EnableDCache();
}
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatScale的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatMult的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatTrans的输出数据。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */bsp_Init(); /* 硬件初始化 */PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 *//* 进入主程序循环体 */while (1){bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 *//* 判断定时器超时时间 */if (bsp_CheckTimer(0)) {/* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2);}ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */if (ucKeyCode != KEY_NONE){switch (ucKeyCode){case KEY_DOWN_K1: /* 按下按键K1，串口打函数DSP_MatScale的输出数据 */DSP_MatScale();break;case KEY_DOWN_K2: /* 按下按键K2，串口打函数DSP_MatMult的输出数据 */DSP_MatMult();break;case KEY_DOWN_K3: /* 按下按键K3，串口打函数DSP_MatTrans的输出数据 */DSP_MatTrans();break;default:/* 其他的键值不处理 */break;}}}
}
22.8 总结
本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究下算法的具体实现。
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