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。

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。

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。

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：

以上图片所示的运算，即：SUM = SUM +(AC)+(BD)，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。

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

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。

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

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。