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【经验分享】STM32H7实数浮点FFT(支持单精度和双精度)

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STMCU小助手 发布时间:2021-12-28 22:17
31.1 初学者重要提示
& C) c. s2 h2 e! x实数FFT仅需用户输入实部即可。输出结果根据FFT的对称性,也仅输出一半的频谱。' e# ~- L; J+ s. P
31.2 实数浮点FFT说明! v' T; |* _" |  w/ f0 {( x% O
CMSIS DSP库里面包含一个专门用于计算实数序列的FFT库,很多情况下,用户只需要计算实数序列即可。计算同样点数FFT的实数序列要比计算同样点数的虚数序列有速度上的优势。
) n  D4 Z- R+ F9 o  v- H& K( T9 o1 X- |) p) \
快速的rfft算法是基于混合基cfft算法实现的。6 N. j$ N$ }. x% q) X5 v

. ?+ x( I% _7 s% f+ Y一个N点的实数序列FFT正变换采用下面的步骤实现:, C9 P' x9 s+ r0 ?2 s
3 H  _* [8 Z$ u* K% c
6ff83e43e4107e4dd6c86637e1f33e3e.png

7 z; P( G3 `; v9 f3 Q8 y4 w& ?
. T* N$ h: u! i0 U) x由上面的框图可以看出,实数序列的FFT是先计算N/2个实数的CFFT,然后再重塑数据进行处理从而获得半个FFT频谱即可(利用了FFT变换后频谱的对称性)。
9 m! m8 Q' G) `0 \$ l5 `+ z2 [% I7 Z2 x4 [
一个N点的实数序列FFT逆变换采用下面的步骤实现:
: h0 k4 a; U$ a9 y* r3 F0 X' P  L4 C6 t6 v* r$ {
fa46a006e4e8a7580e06cc13c47c6554.png
0 ^, C; [4 Q; H" L/ c$ H9 L
; D) F' A1 g. q+ P+ X' V
实数FFT支持浮点,Q31和Q15三种数据类型。9 G# n( |# J! d: u5 E% U

# V- O* L2 A+ _31.3 单精度函数arm_rfft_fast_f32的使用(含幅频和相频)8 i1 A- T/ S  e
31.3.1 函数说明
' [& n/ \: v1 k& d0 o& M- `( w
函数原型:
9 b- w6 M- A& c$ ]* B0 [( `
& ?% J" u4 z* y7 Y$ T
  1. void arm_rfft_fast_f32(
    + u* K' S' ?- p9 G
  2.   const arm_rfft_fast_instance_f32 * S,
    , A  Q( W1 C+ A% k
  3.   float32_t * p,
    5 \3 c+ z6 W0 O& |
  4.   float32_t * pOut,
    3 [3 ?3 w* @+ l' q
  5.   uint8_t ifftFlag)
复制代码

+ X7 `2 q; E# Y, b函数描述:
% n1 G8 D0 ~8 j  b" @9 T7 E% j
4 ?1 ?( b0 P/ x: K这个函数用于单精度浮点实数FFT。% s, F6 ^3 o5 ?% p. E) w

. \* `5 I+ M8 B函数参数:
7 I% |, R; A; Q  V1 `4 M* y5 A/ `9 c# M) h+ j5 X/ f
  第1个参数是封装好的浮点FFT例化,需要用户先调用函数arm_rfft_fast_init_f32初始化,然后供此函数arm_rfft_fast_f32调用。支持32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096点FFT。
, }7 {) [! y" k9 U7 z: p比如做1024点FFT,代码如下:' b! K; ~1 \& B* p; o" Y. H& P
1 y0 b$ V7 @5 L  l: k
arm_rfft_fast_instance_f32 S;
3 y7 v" B# O) c% {. h. `1 j; B& j0 B1 X, H0 I$ |
arm_rfft_fast_init_f32(&S, 1024);7 L' e4 B1 O1 g( }. u

! z% W) y% v6 P. Carm_rfft_fast_f32(&S, testInput_f32, testOutput_f32, ifftFlag);" V! Q9 g5 J/ k0 i
$ z( S$ a7 G5 f, G- l; }$ y
  第2个参数是实数地址,比如我们要做1024点实数FFT,要保证有1024个缓冲。
! @- b8 p0 n. C/ ]6 b  第3个参数是FFT转换结果,转换结果不是实数了,而是复数,按照实部,虚拟,实部,虚部,依次排列。比如做1024点FFT,这里的输出也会有1024个数据,即512个复位。
" ~, Z9 w: }0 n0 Q% E  第4个参数用于设置正变换和逆变换,ifftFlag=0表示正变换,ifftFlag=1表示逆变换。
" D$ s( r5 b& t) o: K) o5 y" d: Q* Y% H- b
31.3.2 使用举例并和Matlab比较
* W/ K) Q4 _; a8 T, O
下面通过在开发板上运行这个函数并计算幅频相应,然后再与Matlab计算的结果做对比。5 w& z. q+ ~1 P$ j, w9 f

4 |5 l; i% e  d5 y: ?) m9 A4 Q
  1. /*+ R) G/ Y* L# l) l
  2. *********************************************************************************************************
    $ A! S% N" `. l4 c9 h% C8 b
  3. *    函 数 名: arm_rfft_f32_app$ P" ]1 q3 S$ K# Q- m% Q1 y
  4. *    功能说明: 调用函数arm_rfft_fast_f32计算幅频和相频7 ?- @+ g4 r0 b+ h0 I% Y3 P
  5. *    形    参:无- S7 p: V, w) E' K8 M! a3 L
  6. *    返 回 值: 无
    4 h! e+ S1 o, c4 v. N) _3 f
  7. *********************************************************************************************************
    ! G' X. \& Z- m5 D& Q( y
  8. */! A, v" r+ Q& u$ V( D/ `
  9. static void arm_rfft_f32_app(void)
    / V' w: ^, Q5 x7 J
  10. {+ E3 T, d0 R0 H& `% P
  11.     uint16_t i;
    ; M1 x- ]3 f- o1 [, E9 T5 J: Z
  12.     arm_rfft_fast_instance_f32 S;! |9 B  G! d  t- i3 I7 ]

  13. ( G- k; P. ~9 u4 l# Y6 b- i+ i
  14. 8 ?# t& |' c2 w4 W! N" `& L
  15.     /* 正变换 */+ m* B/ x9 \+ B5 F' Z+ ^1 `) H
  16.     ifftFlag = 0; / o; _& P6 W) P7 A7 _/ f

  17.   d3 E, V' Y2 ]5 @0 z
  18.     /* 初始化结构体S中的参数 */
    1 c. s* m& ]2 a# \& K; q# D
  19.      arm_rfft_fast_init_f32(&S, TEST_LENGTH_SAMPLES);
    0 e! z* q# R. ^  @4 T5 ^$ v) T6 p$ L
  20. 0 b/ f" C6 I; R; f) k5 W
  21.     for(i=0; i<1024; i++)
    % s& o& h. S" {" N/ P' m& W. A4 M
  22.     {
    7 g3 q$ W. I$ e$ C+ z' L
  23.         /* 波形是由直流分量,50Hz正弦波组成,波形采样率1024,初始相位60° */
    6 B" i& s7 H- W1 C1 Y
  24.         testInput_f32<i> </i>= 1 + cos(2*3.1415926f*50*i/1024 + 3.1415926f/3);
    ( S, \) a5 c: k" A& ]
  25.     }  L& Q7 v% I: g2 H  R
  26. 1 ]: M, t' M! M
  27.     /* 1024点实序列快速FFT */
    , v7 t2 r6 T. ]  n7 e9 N
  28.     arm_rfft_fast_f32(&S, testInput_f32, testOutput_f32, ifftFlag);
    % v2 O% Y# a. q# [
  29. ' k, C# o5 \# {0 N# W
  30.     /* 为了方便跟函数arm_cfft_f32计算的结果做对比,这里求解了1024组模值,实际函数arm_rfft_fast_f32
    + T! a3 q) j" D6 v+ n- m4 C
  31.        只求解出了512组  , {) D- t5 P- S2 A* K
  32.     */
    + z* s2 a7 V5 V; ^' ^% r
  33.      arm_cmplx_mag_f32(testOutput_f32, testOutputMag_f32, TEST_LENGTH_SAMPLES);
    5 J. b+ g' ?* j# @, d0 w/ \+ ]
  34. 0 x! P3 o, }) c3 v1 T7 y! j

  35. ( p( R: |$ r0 O" ?% s
  36.     printf("=========================================\r\n");   
    ' Y: K" n! c! `+ B

  37.   U1 R5 f" P4 Z1 ?: Q! ^
  38.     /* 求相频 */
    ' d# v0 X% z, Q( |' {, _) x" X, t6 K
  39.     PowerPhaseRadians_f32(testOutput_f32, Phase_f32, TEST_LENGTH_SAMPLES, 0.5f);. E( B8 m& d7 m0 E7 [! L7 K1 f

  40. % Z+ Q, m- H5 m  S, F
  41. " g& s- }+ i9 Y6 ]
  42.     /* 串口打印求解的幅频和相频 */4 v! n2 [1 B5 f
  43.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)2 x$ w( p6 n( k( M- s
  44.     {+ c- r7 j2 n; E0 }
  45.         printf("%f, %f\r\n", testOutputMag_f32, Phase_f32);
    % z5 @  s9 C* A: \6 W- w
  46.     }
    . r, s; P0 O. K7 a3 w! {
  47. }
复制代码

4 A5 k" `' m6 K0 r0 a2 \9 u运行函数arm_rfft_f32_app可以通过串口打印出计算的模值和相角,下面我们就通过Matlab计算的模值和相角跟arm_rfft_fast_f32计算的做对比。: o) X7 A% S8 y, \/ ]4 Y0 y2 D! ]
9 z. u; D* h8 A; j" o, v
对比前需要先将串口打印出的数据加载到Matlab中,并给这个数组起名sampledata,加载方法在前面的教程的第13章13.6小结已经讲解,这里不做赘述了。Matlab中运行的代码如下:$ ?% Z$ U4 q% [
: E2 [' A& x$ M( o. s7 |8 {# C
  1. Fs = 1024;               % 采样率
    " G3 g7 f/ W' w: h% ?
  2. N  = 1024;               % 采样点数! S4 e" ]2 R1 G! @1 P  K
  3. n  = 0:N-1;              % 采样序列6 n6 q; T9 u# k) Z9 [7 y$ y
  4. t  = 0:1/Fs:1-1/Fs;      % 时间序列
    / W4 g; M0 s3 g( C5 t4 `
  5. f = n * Fs / N;          %真实的频率
    ) S. F1 a. k/ |) z, L) l# F

  6. - q& C& E- U6 {
  7. %波形是由直流分量,50Hz正弦波正弦波组成9 T( R3 N1 F4 d( x8 d9 |& M
  8. x = 1 + cos(2*pi*50*t + pi/3)   ;  
    & `  o+ f. O6 }: `& G, e% h3 \
  9. y = fft(x, N);               %对原始信号做FFT变换
    & f5 q& b7 _1 \- F8 O: R
  10. Mag = abs(y);
    ( ~8 p7 c* Q2 I* R2 C) x$ o; ]
  11. * n; @8 B# ~; ]5 y
  12. subplot(2,2,1);( ]6 K$ K  Y- u! Q
  13. plot(f, Mag); # [5 A0 d* S; r3 D) \9 i
  14. title('Matlab计算幅频响应');
    $ g# ~: p" r" S: E$ V) w
  15. xlabel('频率');
    / b  k$ _( |; B
  16. ylabel('赋值');3 F* v# e5 W6 _
  17. ( K3 D0 N( @1 P8 O+ B9 k- s
  18. subplot(2,2,2);* q; R3 v* T( U; Q0 S
  19. realvalue = real(y);
    5 l. e0 G- B: ~: s7 `
  20. imagvalue = imag(y);0 n2 i5 Q  F. \. B" f, s5 e
  21. plot(f, atan2(imagvalue, realvalue)*180/pi.*(Mag>=200));
    % }5 e4 s8 \5 j) @1 s! @
  22. title('Matlab计算相频响应');! s2 Y' y% f' S: E  {$ Z
  23. xlabel('频率');, z8 S& g. y$ E6 y9 H! H, {
  24. ylabel('相角');1 a# L7 L0 I; A" C9 |$ j: a
  25. . U& j9 q5 |  V0 D! e: t& s$ I7 J
  26. subplot(2,2,3);: A; r$ ^; |, I% m7 `
  27. plot(f, sampledata1);  %绘制STM32计算的幅频相应. R2 B& R" k* y) \; i4 @! N
  28. title('STM32计算幅频响应');
    4 s/ d: q1 F+ ?- |0 `$ e! x0 G! x
  29. xlabel('频率');. ^2 G0 Q5 e$ i/ |( v
  30. ylabel('赋值');
    8 ^# |4 }# C. a! I
  31. . R# {3 J/ [7 v8 y( l
  32. subplot(2,2,4);6 B: B6 _( {  L$ B0 j
  33. plot(f, sampledata2);   %绘制STM32计算的相频相应
      Y  q# h8 k8 N( v8 {2 T( d  _
  34. title('STM32计算相频响应');5 _. [9 b9 E8 \. ]. r
  35. xlabel('频率');) t0 V3 Z( Q% x, m; P. q
  36. ylabel('相角');
复制代码
) f" Y- f; H1 K5 `5 ^4 y9 [2 Z7 K" y
运行Matlab后的输出结果如下:# e. [, I5 b2 b$ m0 Z
$ a* M7 p0 I6 h, |  e# b) A3 h
fe890c5116e063bdee5347cce44481fc.png
7 W+ \$ b1 j! Q- T" @" E) W0 ~
/ K) ]+ A/ q* y0 o, m
从上面的对比结果中可以看出,从上面的前512点对比中,我们可以看出两者的计算结果是相符的Matlab和函数arm_rfft_fast_f32计算的结果基本是一直的。幅频响应求出的幅值和相频响应中的求出的初始相角都是没问题的。2 {8 c2 R+ o* ?) Z' A

4 X( M" x- ?' W7 W$ V31.4 双精度函数arm_rfft_fast_f64的使用(含幅频和相频)2 C, T! E! [8 V2 n# v
31.4.1 函数说明

+ o! a; }! o- D! Z4 ~" |函数原型:
- q% n3 N0 v3 |
! K2 T$ E  ?6 [6 @8 a
  1. void arm_rfft_fast_f64(
    $ S; J9 K' \% c- [
  2.   arm_rfft_fast_instance_f64 * S,9 S( G" I8 \6 t4 l( N5 y, P$ E
  3.   float64_t * p,
    ) u* E3 {6 q2 s5 J& M
  4.   float64_t * pOut,; D4 }3 i9 u% M7 ]0 [! t, ^) Q
  5.   uint8_t ifftFlag)
复制代码
1 P0 p# i: B8 o* S2 I
函数描述:" H( u# K- r/ `& @0 ^/ Z
3 V2 k5 k3 r, c2 O! x! r
这个函数用于双精度浮点实数FFT。
& T! y* |+ ?* v+ Y" u0 B" B$ }$ }
% E$ \1 f8 i0 a+ K& H函数参数:
& Y) C+ I8 a8 h# Q: g8 L6 _$ E
  第1个参数是封装好的浮点FFT例化,需要用户先调用函数arm_rfft_fast_init_f64初始化,然后供此函数arm_rfft_fast_f64调用。支持32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096点FFT。
. Q- Y& k- M( q; O8 p( |0 M比如做1024点FFT,代码如下:
7 ~& }) m/ K( b
% a# t5 g8 U# a/ Y+ t1 v) harm_rfft_fast_instance_f64 S;
0 P: d5 U; e- t6 E5 Y+ q, }4 k! E' q+ N; D+ h, l: }0 N% A- H
arm_rfft_fast_init_f64(&S, 1024);/ P, v$ H$ V* @6 S; J
0 @; V4 g/ U4 z. F) E
arm_rfft_fast_f64(&S, testInput_f64, testOutput_f64, ifftFlag);3 G( O$ A0 J) C2 s4 T' y4 a  W/ U

" a, t& o  y/ n( r/ E7 C, v# \  第2个参数是实数地址,比如我们要做1024点实数FFT,要保证有1024个缓冲。1 H- s' C8 w! Z* h6 E
  第3个参数是FFT转换结果,转换结果不是实数了,而是复数,按照实部,虚拟,实部,虚部,依次排列。比如做1024点FFT,这里的输出也会有1024个数据,即512个复位。
8 c0 N1 r) r  l5 n: E  第4个参数用于设置正变换和逆变换,ifftFlag=0表示正变换,ifftFlag=1表示逆变换
6 H. x4 c5 _; o# F/ k4 c
. @; L6 ?1 l" `! Q* a* M, m31.4.2 使用举例并和Matlab比较

( _0 ?' |# K( g3 a$ H/ O下面通过在开发板上运行这个函数并计算幅频相应,然后再与Matlab计算的结果做对比。
% S' v/ M: ]* f) F* k7 G
: Y' K  x) h; f1 A$ J( s
  1. /*
    - ]; g) p! G4 ~" ~) p
  2. *********************************************************************************************************
    2 E# i( G4 S% Q* H) v% M1 t/ r' u
  3. *    函 数 名: arm_rfft_f64_app, q, a- x+ y  k" v7 V# a6 C5 f" z
  4. *    功能说明: 调用函数arm_rfft_fast_f64计算幅频和相频
    ; P+ o% n/ q% G" U  Y$ U
  5. *    形    参:无- Z1 m* v* J. @
  6. *    返 回 值: 无
    ! f  ^4 `5 D: r& ?  O4 N$ p( f) g2 l
  7. *********************************************************************************************************
      R! ?- S  F& a" }9 j3 @9 H
  8. */
    " C$ l) E( w, P7 W/ U7 g
  9. static void arm_rfft_f64_app(void)
    6 ~6 l9 e; T9 o8 E. K5 K' H
  10. {
    / l% e* R1 T. @' i* k
  11.     uint16_t i;8 g  H: r5 m8 p+ U
  12.     float64_t lX,lY;
    9 @/ ^4 C1 ]! ?" S/ J$ E
  13.     arm_rfft_fast_instance_f64 S;
    + j7 e; s/ b$ U+ e. |% q

  14. ; u. w$ j. {3 J* j

  15. 5 t7 g* z% f9 j& e
  16.     /* 正变换 */
    6 i) J8 J0 j# O& J. L- d  P; |
  17.     ifftFlag = 0;
    1 Q8 K. f4 L0 D  X# q
  18. * z, E: x" y0 [+ [6 ]& V
  19.     /* 初始化结构体S中的参数 */
    : f  K& x9 f& {1 z
  20.      arm_rfft_fast_init_f64(&S, TEST_LENGTH_SAMPLES);$ H& h8 R. G& N

  21. ( N7 J5 B! m  R8 Z+ t
  22.     for(i=0; i<1024; i++)
      A! @9 D% G( R. @( X+ y
  23.     {/ z9 n$ i, P3 d) g3 b0 h
  24.         /* 波形是由直流分量,50Hz正弦波组成,波形采样率1024,初始相位60° */
    , {% }2 j2 w7 h' ]2 L
  25.         testInput_f64<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = 1 + cos(2*3.1415926*50*i/1024 + 3.1415926/3);) e+ {- w: Z* A
  26.     }
    $ [+ G( {) y6 ]$ x$ D( B
  27. + H2 H) V& d* l; u' I8 T
  28.     /* 1024点实序列快速FFT */
    ! e+ f* \" `% s2 t4 B, R$ U8 T- q* {
  29.     arm_rfft_fast_f64(&S, testInput_f64, testOutput_f64, ifftFlag);5 L; }2 a- z0 G9 X, V8 S, C

  30. % k1 Y4 }6 ~: k1 Y1 J5 {
  31.     /* 求解模值  */ 9 m1 H; {1 M, O; Q- ^5 D3 K
  32.     for (i =0; i < TEST_LENGTH_SAMPLES; i++). e9 k+ N* D1 t* F
  33.     {
    7 d$ s9 S! b/ N; v
  34.          lX = testOutput_f64[2*i];                    /* 实部*// I, Z4 a) I0 p% P5 c7 B
  35.         lY = testOutput_f64[2*i+1];                   /* 虚部 */  ' \% J1 @" @  M9 I  l* B- c" w
  36.         testOutputMag_f64</span><span style="font-style: normal;"> = sqrt(lX*lX+ lY*lY);   /* 求模 */) ]: P5 {$ [3 ^) j# ?, Y! T0 {
  37.     }
    * F3 `, Z# b% U5 F8 L

  38. 8 e. w2 b- e/ G( u! r: e; G) e

  39. + ?; P8 c7 T# S$ z* j, I8 I
  40.     printf("=========================================\r\n");    8 q+ d! [4 ]# u5 F
  41. : l, q! }" ]& W
  42.     /* 求相频 */
    3 h3 `& X. s( X9 g1 M: b
  43.     PowerPhaseRadians_f64(testOutput_f64, Phase_f64, TEST_LENGTH_SAMPLES, 0.5);
    3 g- c; h3 c4 h4 c$ k; i
  44. # [8 U% k5 t, ?: @5 I: ^5 C

  45. / C; @1 [! P0 g4 {1 ?* `& M
  46.     /* 串口打印幅值和相频 */
    * l0 q& }6 D2 w9 c, t( F
  47.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    8 c& `' }# c  \' z9 L2 ?5 O
  48.     {  L! l& ?' m. V4 d: d
  49.         printf("%.11f, %.11f\r\n", testOutputMag_f64</span><span style="font-style: normal;">, Phase_f64</span><span style="font-style: normal;">);9 X) ?, V- _% q1 u3 `' ?
  50.     }   
    0 @5 _1 G. U7 l# ^* G' W

  51. ! t" Z8 d" y' e2 f8 s
  52. }</span></span>
复制代码
- f' ?( L3 \3 b. d3 \4 z0 K* s* H: \
运行函数arm_rfft_f64_app可以通过串口打印出计算的模值和相角,下面我们就通过Matlab计算的模值和相角跟arm_rfft_fast_f32计算的做对比。
& y- f# z. k# p
- r% _. V4 k; ^$ e对比前需要先将串口打印出的数据加载到Matlab中,并给这个数组起名sampledata,加载方法在前面的教程的第13章13.6小结已经讲解,这里不做赘述了。Matlab中运行的代码如下:
( ^. k9 I- R8 k8 n5 N# L
2 Y; `( }4 h7 }, e9 y
  1. Fs = 1024;               % 采样率: s5 f8 F" Z+ Z% t+ g' H/ ^
  2. N  = 1024;               % 采样点数
    0 i- f5 n; P+ {
  3. n  = 0:N-1;              % 采样序列
    7 J& V$ Q, V. B- R/ q& I  M
  4. t  = 0:1/Fs:1-1/Fs;      % 时间序列$ C% j3 f& I( |
  5. f = n * Fs / N;          %真实的频率" f/ i1 ~( d0 @! a3 z' q

  6. 9 Y7 `( I; \9 z2 E
  7. %波形是由直流分量,50Hz正弦波正弦波组成
    5 F6 ^* U, i0 o) g5 C  t" x& a
  8. x = 1 + cos(2*pi*50*t + pi/3)   ;  
    4 e( J6 Y$ p9 ?) Z
  9. y = fft(x, N);               %对原始信号做FFT变换: i- x. h9 n$ a1 b8 O/ s
  10. Mag = abs(y);0 f" P8 R$ O/ u; e( g( h4 m3 M1 ?$ Y6 U  |
  11.   ~3 A# z- P0 @: K
  12. subplot(2,2,1);! U2 c/ i4 H! ]2 W7 ~  W9 w
  13. plot(f, Mag); . x/ {, Y" i' Y" o& N- ~6 \
  14. title('Matlab计算幅频响应');) _2 O; U# m: r3 V. I) E* M
  15. xlabel('频率');* [/ e7 r) X- Z7 V5 ~9 y2 w9 S
  16. ylabel('赋值');
    % t5 r: K% B5 j

  17. 6 E& T, q! e) n+ ?4 x8 R  X- G
  18. subplot(2,2,2);
    1 y& t5 E6 ]1 m* d8 T$ x6 v
  19. realvalue = real(y);
    7 J8 f3 q6 ~7 |% u1 F- O+ G9 L
  20. imagvalue = imag(y);
    8 O* L0 x' I7 ^# }7 K: s
  21. plot(f, atan2(imagvalue, realvalue)*180/pi.*(Mag>=200)); ( G! Y2 C+ s4 t( r: e- h' [
  22. title('Matlab计算相频响应');
    5 n0 y- }" Q3 w( s
  23. xlabel('频率');
    7 @+ z5 c: w1 \; \4 C3 Z! M% h8 W
  24. ylabel('相角');
    & r$ d  y3 b! p) J# ~: j

  25. 7 D: n" X( y( Q/ k7 A: |
  26. subplot(2,2,3);* u- f  N& D2 Z
  27. plot(f, sampledata1);  %绘制STM32计算的幅频相应% j, `) [! w$ q4 g# }0 q( g( n! i
  28. title('STM32计算幅频响应');& H  a& V9 }% D# Q' b& j
  29. xlabel('频率');* }: T4 f# R, A  A( `' s+ {0 I
  30. ylabel('赋值');
    5 M! f& R" J: c3 H. r. @$ F

  31.   \8 {3 _: v! j
  32. subplot(2,2,4);5 i( y0 v: ^7 j' r, }, N
  33. plot(f, sampledata2);   %绘制STM32计算的相频相应
    6 j1 H0 w, x0 |- x) ^5 e" ^
  34. title('STM32计算相频响应');1 c) ~) u+ J9 A
  35. xlabel('频率');+ R/ Q  s2 {0 O
  36. ylabel('相角');
复制代码

: u! X# S, ]1 {) @运行Matlab后的输出结果如下:
7 a: F; U) M* [% _9 _- g* [; H( y0 s" i* `7 k% \% Y' L7 ]2 h
% R8 Z1 K  x8 J/ F6 \2 T

" H8 a& m' b' ], S6 h7 C从上面的对比结果中可以看出,从上面的前512点对比中,我们可以看出两者的计算结果是相符的Matlab和函数arm_rfft_fast_f64计算的结果基本是一直的。幅频响应求出的幅值和相频响应中的求出的初始相角都是没问题的。* P$ \3 ~$ w2 g; u, m) z4 M8 Z0 E
7 r/ R0 j/ [4 Y$ a" k% s: @
31.5 实验例程说明(MDK)
5 J) o% m$ Y/ H7 N9 [3 W. V* e配套例子:/ s7 P+ d* ^' [4 ~
V7-221_实数浮点FTT(支持单精度和双精度)
; e9 [) L; e- p" F1 N, G) }+ r
0 F& `9 @, O& U/ i( h2 o+ ?$ p实验目的:( N) V9 T( s/ j: l% E
学习实数浮点FFT,支持单精度浮点和双精度浮点

% U0 I* g7 H; A4 q( n5 g1 ?% @3 z5 q; n& W: R9 {" F, g# f/ E
实验内容:
5 A3 i1 w" C4 v! j5 F启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
: u2 B3 \' w& z7 e按下按键K1,串口打印1024点实数单精度FFT的幅频响应和相频响应。
6 U) A. @0 W6 |' C: r按下按键K2,串口打印1024点实数双精度FFT的幅频响应和相频响应。
6 b* q: e- o7 O9 ?

9 Z4 Y9 g' g/ N6 I, s4 E3 I2 U6 P使用AC6注意事项( ]$ c: i  @3 z
特别注意附件章节C的问题
3 T+ i/ ]/ p' A. }- ]1 d' Z( V1 A. h5 _' q, ^
上电后串口打印的信息:
7 }5 m: e2 y" [5 |5 e( g$ e8 U. H" q2 ?+ ?: Q! [' r
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
% q9 Q7 z& O& |# ?9 H( R  b3 T$ R9 l6 x* G
199205d2ec087204bbefbc30a2e7970c.png
+ s4 p6 w+ F. |$ j- B

5 p& ]- T/ A( i! L3 a2 mRTT方式打印信息:
/ K9 w, [  R& t$ H' m- F  Q$ g, J( Q9 g$ K
05f1908f26c43970ec18a90f1cf9b7ee.png

) S: d: L- ^6 C/ L) t: P
! W6 x. j5 I$ e& S; M$ t程序设计:
' \8 I# a5 d+ e% l0 f5 Y& w1 p2 Q! Q
  系统栈大小分配:
- ~6 X" G' ?1 i/ _
: Z# |: ]" k/ g
4180787ba5c3e7bdebe2ff506ec8a1be.png
  B# H" W: V5 x# h. {

3 D. X! D' |7 x  q* |3 M  RAM空间用的DTCM:; P2 U7 k3 o  W$ _4 Y2 D

4 y' a) g% \, D7 i1 b) j, P
2542fff3d6df6157f24ab4674d5a7b20.png

8 s- `( m: r* z1 |" P  n: J
. f2 c; E% P7 y0 W9 _) E  硬件外设初始化
# E" W# O; @7 ~8 `
/ \9 r! Z2 ?7 p$ G$ c4 w硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
, K$ v9 l6 i/ `0 ]/ X1 D  t0 X: M) F$ S( _# U+ D/ G
  1. /*
    7 p$ B, u! h  M7 B8 E6 ^
  2. *********************************************************************************************************
    8 D  z7 e8 r0 _- B' T, t) B& ?+ b
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    % J0 s4 ?  ~$ K3 l, \& H: e& a
  4. *    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
    ) ]6 F, r2 m% H
  5. *    形    参:无' S0 T* ]8 P2 q9 a) F" b
  6. *    返 回 值: 无% P4 ^& P. x# F! l" a0 p& M/ Q: r' b, F
  7. *********************************************************************************************************
    8 I8 o# m' \0 C$ \1 D8 d4 `
  8. */
    6 v4 U* o  q2 l; f, W8 c
  9. void bsp_Init(void)
    " o$ e' T, x) E, ]& v
  10. {/ L, `3 z) @9 _1 K
  11.     /* 配置MPU */( o. k8 `& k5 }( E
  12.     MPU_Config();; V; A3 H8 k* K% P0 {

  13. & f7 {3 F" H  ?4 p* O4 Z* B
  14.     /* 使能L1 Cache */
    # y- K) F2 S. C. L, ?7 I; f3 D
  15.     CPU_CACHE_Enable();- p) z2 [& v7 z$ z8 U  w! X

  16. , b  f3 K+ O, {4 w6 `& P
  17.     /*
    - u: w$ u+ N, x
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    , c2 U% h( d7 P% H
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。( p; C. E& }7 K# H0 e$ Z3 O
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。( G3 j) b) e7 \5 w7 @6 g9 J
  21.      */
    3 M. L& n/ ]1 u, m
  22.     HAL_Init();" T6 v; N6 V- R) }$ y4 ~
  23. ! b% P2 z6 y0 }* m
  24.     /* 2 u3 U5 k4 [! P' J# q
  25.        配置系统时钟到400MHz
    + T* C3 m; K5 P& Z. C! |9 K
  26.        - 切换使用HSE。
    , o/ R' ~" ]- `
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    : x% }/ u3 `6 U
  28.     */0 Z( E% U# p; o' q) e# {
  29.     SystemClock_Config();
    4 v( {( K6 B; B6 \; y9 M

  30. 5 ?+ ^; k7 z  H- \' z/ c* p
  31.     /* 0 Y5 P! G/ L* J! E8 s
  32.        Event Recorder:1 g3 z, g9 N1 h1 ]5 \
  33.        - 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。% S8 s8 p2 V  I9 q$ c
  34.        - 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
    ' ]' a: p0 E6 ~4 b
  35.     */    ' v2 e! f. x# X. x
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    / A9 H, n2 S# c5 X6 d! Y/ Y
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    " {0 n" R2 x% S% G1 ^, v
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    ! }8 B; ~, Y- d0 l$ ?: d4 ?
  39.     EventRecorderStart();
    ' P4 f; d/ G6 c
  40. #endif+ S3 N7 J: |# Z! V
  41. 0 N' M9 i+ V% K" r( x
  42.     bsp_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 */
    6 d% L) |0 M) W' W3 {. q
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */1 T# w$ a  c) H, w. @0 O
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */) s5 b$ T9 [: |* Y- c- r
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    / T9 ]* Z7 u/ W! T. _* l
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
    ; t; N, y! i4 [2 N2 N, K0 S- c
  47. }
复制代码

6 w" X* X* T5 d2 E- M& x  MPU配置和Cache配置:
  G$ ]9 p) v* X, E8 D0 {
- j9 c4 A& w' T0 G5 r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。
) \6 T! {+ {# I" Q5 w$ w
. g& Y3 \2 }0 \  B9 A3 s9 g
  1. /** b% r9 |) B* i6 z
  2. *********************************************************************************************************7 I7 m; m/ i$ z; x. }* a9 i% n  S* o
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    # {# U/ c" z8 ]
  4. *    功能说明: 配置MPU3 N$ T. E" H( [* l
  5. *    形    参: 无; Q& M( e# w# e7 z$ j- d: z! w
  6. *    返 回 值: 无* Y+ g& S+ n  b/ o& {& t
  7. *********************************************************************************************************, l, q" L; j, F: e0 u
  8. */+ n% d/ t. H2 |0 j$ K6 r
  9. static void MPU_Config( void )5 y9 i  f; C: E, W
  10. {
    9 F- Y+ b. }$ z
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
    " U2 w1 j% A' C2 O0 \
  12. : i# X/ a3 z8 s- B" h6 S8 q" L5 w
  13.     /* 禁止 MPU */
    $ ~4 y3 K% ]% x0 a
  14.     HAL_MPU_Disable();
    8 \2 y) p) Y( X; M& J: |6 L
  15. % ?' C" V$ X! h* e; A
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    5 {1 g# _. H3 C9 ~& V3 d
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    2 ]9 A7 K7 i7 ~! H
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    & `: Z8 ^* y. e6 F3 Y
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    1 A9 \1 t. p6 `) s5 F& {
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;0 k3 z, ?) h6 U4 g8 y; p7 v9 F  r
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    6 w( K; H( l# t. k2 L) f
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    9 d  j; Q& O8 M, p8 G: ^/ H" W
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;7 r; F, C6 |4 o+ b
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    . y, J; n! a1 H
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;0 ?1 o1 H' D* ?) P+ ]5 G7 w
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;, Z# ?+ z' O1 n2 G/ t+ E" }
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    1 E) d$ e' A3 J& Y
  28. , R0 }) b/ H; P, J, s2 Z
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);5 ]- V9 J+ P# B) d/ h  {
  30. , E/ B) \8 A6 z" u% o- A6 \

  31. ! z; ~, @7 N! S! ]
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */4 E1 M5 x4 P: P4 Q! {1 f" m' ]! z
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;' ^* O  J& r+ C& Y8 K$ N
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    5 d" |8 @5 r, W/ `
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    4 ?" B, d0 Z: S( t$ o* B3 X9 _/ q
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    . ^. N# R& ~  p: G! }. X% n' a" J
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;# i" D& t0 {$ Q0 \9 Q4 N
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    $ M, C/ s* y, _6 g0 h
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    * \7 N' U* ?2 F6 Q9 j. P
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;$ ^4 Y+ F2 ~; F1 ?, v
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    8 Y! ?- K' k4 Z* P( J' T0 {9 P
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ) i& N1 V$ Q# E3 q) J; Y$ F
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    , X% l* U& D  W0 k4 b

  44. . S+ M$ {  r: ^2 T0 q$ [
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);5 {) Y) b  O6 F( i( X6 u/ \5 u
  46. 7 [8 ]# A& G$ f4 l8 S
  47.     /*使能 MPU */
    & f. }7 h. F/ V
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);) x. p' I. S  L, {+ C+ f
  49. }) L) t; s( g4 {2 s3 h

  50. ; J; u4 U7 Y7 l. B+ G( u
  51. /*
    ) d9 ~3 H. G" F5 ^6 m. X1 y
  52. *********************************************************************************************************
    8 l5 e5 |3 f$ v4 l9 s2 O# E
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable$ D, c6 q* U+ u7 T% x, ]
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache# C! ?0 x; C3 ^% u6 O9 z0 l
  55. *    形    参: 无! A* x/ h$ ]' a4 k
  56. *    返 回 值: 无4 o# d2 q) Y$ m: l1 s) P/ c/ d$ a) t
  57. *********************************************************************************************************
    6 L' V  n+ F7 Y8 {6 @+ v/ h
  58. */
    ( y; C$ b" g1 l  _! `( b9 l6 x
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)" n$ |- H3 M6 F% \: o" w' x  u
  60. {
    ( s! |8 M  C; e2 h- D, H5 _
  61.     /* 使能 I-Cache */3 W/ A1 Z; v# J3 r
  62.     SCB_EnableICache();6 N" D" A! V% @- y  }3 A
  63. 2 D! P* X; s+ s2 @6 p" A% K2 N
  64.     /* 使能 D-Cache */* g) O. T; f* g
  65.     SCB_EnableDCache();
      Z& ~# p+ ]0 M1 j, H( O8 t
  66. }
复制代码

) J8 Q( t  V3 w( t8 _+ Q) f  主功能:
, L3 W* ?2 s0 ]0 X: G; a( G- I) u1 _
主程序实现如下操作:4 z; R7 k/ I, ]  `; f1 _' E- A2 a
: E8 s, Z3 w2 X7 `7 D( F
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。' Q; ]+ ?& J4 W
  按下按键K1,串口打印1024点实数单精度FFT的幅频响应和相频响应。
4 W4 C5 m% d7 l' K  D+ x7 I" ~  按下按键K2,串口打印1024点实数双精度FFT的幅频响应和相频响应。" v4 z* Q4 y) q3 r  u  ~
  1. /*$ _  B4 ~1 k0 g( ~9 F
  2. *********************************************************************************************************
    4 Z# w5 {5 P  c
  3. *    函 数 名: main
    0 k% q8 m7 A1 P/ u% \& M3 N
  4. *    功能说明: c程序入口3 Z+ \1 t5 D  H- m; ~  A3 `+ W! {
  5. *    形    参: 无3 X+ j+ e' ]* c9 Y: ], ?% v8 h
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    9 @  y6 ^" }- ~7 s
  7. *********************************************************************************************************8 F6 s/ }+ A4 O( {1 p; M0 r% o6 K
  8. */  s0 A; ]8 n7 H# j9 a
  9. int main(void)
    % e, x4 P# L7 M7 d$ ~7 _
  10. {
    ( P+ W% @1 w$ E( e0 ]
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */9 O" ?' i7 I! W) h+ n

  12. 9 s" r- c4 ~) A: z
  13. % n( Y% a9 a; S9 z" J6 V. k
  14.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */; o. E7 X/ ?  F% V' L2 f& ]; ^
  15.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    % M3 G6 h# ?9 q
  16. # M0 w- w) @9 r+ h
  17.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */! P$ E" h: @6 F' Y0 R2 j& }
  18. : o. E4 v0 ^5 ]; C. u4 G0 j# Z
  19.   q# i4 d3 ?) E& N/ j' H: z
  20.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    ' F. _- S4 N$ R- A; S1 v' A" b

  21. 8 ]0 ~! q1 D  u  z. c
  22.     /* 进入主程序循环体 */
    8 v! K5 O  r6 ^' |0 p- p6 M: w
  23.     while (1)
    $ G& t8 B& h# P$ d/ \, r+ y3 t
  24.     {" L( e% ]/ T& P2 z$ f
  25.         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 */: L+ a  V" K$ G3 q9 d# }

  26. 0 {* |5 [8 V: l" b% j
  27. 5 F1 q0 K; V/ J' s$ s, B2 N
  28.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */& S4 z7 U" g6 ^. T6 Q, N
  29.         {
    " Y5 t9 N9 n2 `  T& G1 m1 R
  30.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    0 v+ N0 J' n% U( Q, Z
  31.             bsp_LedToggle(4);    /* 翻转LED2的状态 */   
    7 {* L; R4 I; d$ W, ]3 v
  32.         }
    - R3 c$ H% I/ Y0 D( D

  33. ) b3 T1 F# U) P  V" i  ^
  34.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    ( U( m9 q4 r3 R  Y. Y  j" z/ E
  35.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)$ j$ r8 k; G7 m  Q$ s' B
  36.         {2 X- y( L, X6 O4 C! V
  37.             switch (ucKeyCode)& o8 a- n+ x: M' `0 Y8 Z
  38.             {1 y5 D. U, ~9 v6 b6 U
  39.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    - \9 `6 j/ |2 L3 b0 d6 L
  40.                     arm_rfft_f32_app();& ~) j! N. l+ ]
  41.                     break;( f4 M$ a2 a% b! Z
  42. + d- Z9 z3 T7 P+ S" R1 }' D9 ^
  43.                 case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下 */
    8 H0 }/ m% ]$ h! J
  44.                     arm_rfft_f64_app();1 l1 g8 d* D, q9 \5 ^( y
  45.                     break;( |5 W, M' K! _) z9 Y

  46. ; p' ]: j, [( F# U6 u) U

  47. 2 I2 ]) Z8 ~( @; p' e8 ]1 q$ Q
  48.                 default:
    , P. a- V% p" m$ }, s' n8 p
  49.                     /* 其它的键值不处理 */
    2 n! H) E. F2 a$ u" U/ Q& P
  50.                     break;
    * m' V( n& n& @( q* F, j3 j) T
  51.             }! p) r3 \, l0 w3 j+ X; q! U6 F' _
  52.         }
      l  v3 H7 C- A! v6 a" e
  53. . D7 v" k) J  v
  54.     }& K" \. i7 e3 ^3 t! j* v5 V" V
  55. }
复制代码

4 b. t  p7 E* E31.6 实验例程说明(IAR): E. M# o0 g7 ~0 s
配套例子:
+ Q3 g- d/ f- \# I; B4 [7 nV7-221_实数浮点FTT(支持单精度和双精度)  E5 v! z2 m( b, P2 W) [& t0 J5 l, o7 M

% N+ }+ `1 l' m' v  s实验目的:
1 V* F5 M& d; R学习实数浮点FFT,支持单精度浮点和双精度浮点
% |- f# j8 l3 _
0 n" ?+ q( F6 O7 w% y" ?3 J实验内容:
6 Q) h7 d% q1 U; Y启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。# D- w; y) {, ]2 E& `; C% j
按下按键K1,串口打印1024点实数单精度FFT的幅频响应和相频响应。' F$ u7 F( Y  ]% u9 T3 c. p, Z
按下按键K2,串口打印1024点实数双精度FFT的幅频响应和相频响应。
0 s' E- h) n% N( t8 M: y3 A
; w: ?+ H; @# R: n  s: p- k上电后串口打印的信息:
7 @. D/ k' _! l$ P& C, c
' c2 B/ o. v  ~  |, u8 F波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
* z! ?" ]8 x# Y
/ v- e5 V$ X; A* T: x) ^4 F
677ed32df8e0375a0883a042d8f59529.png

4 x/ `0 C- t# u" P$ h) j/ }* J7 \, B7 a! [: S
RTT方式打印信息:* d- k0 o# H& w. s  _: L
/ C. R4 ]2 ~% i  [! `
3 {& u6 d, |4 G

6 Z8 d" _* {( I$ R, B& X' {程序设计:
8 Y0 v1 w" I3 t& G, S. H9 P4 k0 N& l3 F& H7 ]) |
  系统栈大小分配:) }( k5 G0 ?" O5 \' w' s3 _

0 Z* n+ w; V/ H# O9 t
aadd439520e832f6c5bba6a2a6744134.png

: F5 F' O9 y* [) r6 c& s9 b
  k8 r) J- t! G  RAM空间用的DTCM:
# I$ w5 g, y4 v0 F6 p- F( n+ G$ D( b  A+ J
2a2fa9308d7e073fbcddc463dc35bcc3.png

$ ]" L/ o" ^% B- T9 I8 u8 d7 |& L0 O$ O& a, p/ |7 l
  硬件外设初始化
# s7 k6 _& ]8 c. Y% @- R" E7 h* K, x" K3 {
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
2 ^! D' m; W  K- L7 q* |8 C0 B& }1 w( J1 b1 S
  1. /*) M/ E( O4 @$ W! G8 Q
  2. *********************************************************************************************************
    8 K* L9 T2 t$ _
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    : t9 x7 `! ?9 t9 _$ f
  4. *    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% l+ {% V& S/ c" G
  5. *    形    参:无
    3 @! s$ ]8 M* R
  6. *    返 回 值: 无
    ( I" `) m( v$ E* E/ k
  7. *********************************************************************************************************
    7 W( q4 ]: t5 e, y- V
  8. */* B% M# p4 h8 j( J
  9. void bsp_Init(void)
    ) \+ B, P) Z3 g$ N2 x/ ]$ X+ Y  h* U
  10. {
    0 v5 x- a9 l0 R# V; E( K
  11.     /* 配置MPU */5 i9 ]4 B+ V+ F1 ^: E% {
  12.     MPU_Config();! c9 h3 D& q* c& T% j

  13. 3 r; X! f4 a+ y. e. a8 ]
  14.     /* 使能L1 Cache */
    ( F$ ~" o8 R# L, |$ G# d
  15.     CPU_CACHE_Enable();/ C; }; B  R9 a6 z- y. J  B

  16. 7 ^( z# a: Q2 e2 {
  17.     /* ( s- `3 k3 z: D5 M- C0 ~
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:4 ?9 C2 P5 {; |* a. C( y
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    # q4 S5 ^& W! M
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
    - V8 g: ^3 K5 A& M4 w) ^6 ^
  21.      */
    + |  |) y) x+ d  S1 [' o% w
  22.     HAL_Init();
    1 e6 g' T! P/ q7 G- ]1 q# p, L
  23. 4 t5 s& e4 x, @- J1 y/ A' f
  24.     /*
    : d! h& r! _9 d( w: r" [
  25.        配置系统时钟到400MHz
    2 c1 U, Z7 w8 u0 e  @. _3 U" r
  26.        - 切换使用HSE。
    + D; d+ {& o5 A; j3 e0 [, |  V+ v$ d
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。- [* ]/ t- Z4 n8 L7 ^) R3 t
  28.     */
    4 ?4 {. C+ h# {* x
  29.     SystemClock_Config();
    . t8 c/ u0 F/ ]7 ?
  30. + R8 N5 @7 H# `! ~) ]& w. R
  31.     /*
    6 F) G4 {3 v& p  T
  32.        Event Recorder:: G2 l8 E" l8 m: A) X" A1 z
  33.        - 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。
    3 e) B( x0 [, H$ _
  34.        - 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) [& ]( w% R+ d6 B# p$ @2 b0 ]
  35.     */   
    , }: b# F7 w! M) ]- A8 B
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  , V; O% }5 ^, a% G( {
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    ) ]+ K* V" ^# D; h# W
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);3 q2 t$ j9 a) s3 m3 F( ^
  39.     EventRecorderStart();
    ! P$ R2 G+ G6 k) f  ~6 |
  40. #endif, |7 v1 j' ?3 P4 z6 N" q

  41. 0 S+ D; X0 u4 Y4 `1 i
  42.     bsp_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 */# |) G' f% f1 F
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */+ M0 d8 s( e0 h' i+ E2 x
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 *// I4 {% [( ^" L  `
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    5 \5 g; M% e7 b" \9 X, D: H+ O
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    7 ?9 N' m+ y! M, v: P8 q- Z% ~
  47. }
复制代码
. p2 O. ]. g2 {, }" s" ^+ ?" D5 a
MPU配置和Cache配置:
9 X8 T2 l+ n6 J" s, Q9 Q/ o/ y6 A. l5 |/ U) ~: W
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。6 A/ C) V/ Q' S9 A2 S3 l$ C! G  k

! H5 o9 E  p* o/ ?$ C8 \. F" d
  1. /*! D/ t7 L6 W; g. F: M
  2. *********************************************************************************************************2 Q" v6 ^4 ^- J  Z% U: R( a& |
  3. *    函 数 名: MPU_Config, J" _/ f; q9 p: Z
  4. *    功能说明: 配置MPU
    * P$ Z' b4 p8 z4 X; F
  5. *    形    参: 无, D$ i8 ], n' r* G, y2 y
  6. *    返 回 值: 无1 s3 j1 i# v$ o, ~! S
  7. *********************************************************************************************************
    # ?( z5 h+ Y! M
  8. */2 l2 E; n: D3 G- a
  9. static void MPU_Config( void )
    ) ?6 m( N, U" K; o" F: v
  10. {  ^# c6 n4 n: p5 \6 P- m" B3 c( v
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
      \- r# l# b* @6 d3 E7 E. U# T

  12. : k" g8 K0 p! d& s
  13.     /* 禁止 MPU */3 c) \& s/ v5 `* l/ m3 ]3 j( n. \
  14.     HAL_MPU_Disable();2 v8 J! \* B) ?% h& V8 p9 S6 w
  15. * D  L: H& K8 M% S
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    # `8 S1 X- h, r: f$ d, `
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    % C6 Z7 `' v" f
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;( Q, y" h- f* A# Z" E8 Q
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    . P! I- r3 {; _6 d, q7 S
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
      h6 m2 c9 u  `) n- K$ Z
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;1 x# i5 f" R0 w& k! u: Q% W
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;6 N  y+ O3 Z/ m' r
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    + n6 t$ J0 L& ?2 {( w% B
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    5 V+ J+ c! o% C- v7 f* {7 ]
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;' Y/ i' t1 @0 B3 L. e4 w$ P2 A
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;7 p+ L- z% f$ b
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    2 w  S/ E0 D4 Q& f7 x

  28. ' e$ y8 u8 {) L+ b) y
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    ) H: u! n* y$ R$ q" ?, i
  30. : X- y; O$ o3 L: Y, x3 Q

  31. 5 F1 A% D  M0 s7 k3 ?
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */7 H# F' w8 F3 e0 L: e2 z+ g6 |
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    4 _- ~% @  b* `8 b+ T* L
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;. H3 a5 D2 h9 I, g1 m: R/ W
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    9 f% ~) }2 v, s# _
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    8 ]" O7 g9 c! O, M9 M( K
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;  N& ]5 m$ J0 k$ L
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    , s, U: u, e$ f$ Q5 Y5 i; h
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    ( _0 F9 O# u8 _
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    ( B, K) y; h7 A# W, e2 X' j! w! e$ p
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;, T6 C# m5 n! a: H
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    * d% }# k- ~  h2 o) w
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;1 u: b. X7 J; R# c. o5 J
  44. ! E1 l: z1 n# X: i6 Z6 }
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);2 t! m+ f4 ~8 \7 B6 S5 V+ e7 S

  46. # Q" h: W1 w/ l- O+ a. r1 W! h0 F
  47.     /*使能 MPU */
      J6 `6 F# t, p- o* ?" v+ K
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);, g# I& t7 W7 g+ Q8 ~( N2 |' m
  49. }
    ! r+ x) l9 C/ Q0 A
  50. 7 \' M9 H4 U) a7 Q2 n8 t0 z' b* c5 d$ O
  51. /*' b, M" @+ y: I: E: W% B
  52. *********************************************************************************************************$ f9 `7 }# S8 w6 z3 d& S. N' `2 K
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    & r/ l) l/ k" k5 Y
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache
    - A4 P! E4 K1 G) r/ |
  55. *    形    参: 无
    , \% {5 r, o4 r+ P! M# S
  56. *    返 回 值: 无, @9 H6 \8 f& t% V
  57. *********************************************************************************************************  ?$ ?/ R' |/ h8 \0 X
  58. */# I; L0 T% j- v9 A
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)
    # I& v! n0 |4 _# M3 n7 |2 b! C  v
  60. {9 A' U7 w/ j- i& v! _
  61.     /* 使能 I-Cache */8 ^9 o! C8 i5 g
  62.     SCB_EnableICache();
    ! ?4 g; b6 }1 ^- m
  63. 8 a9 x$ p$ f9 o) R1 G1 G2 s6 }" c
  64.     /* 使能 D-Cache */
    & s" C# ]- F; X
  65.     SCB_EnableDCache();  d3 \: d& G; a' \: D
  66. }
复制代码

& I' M" U* B4 A# N  主功能:0 k+ J9 I! u2 f  L

' @7 k' E0 v' ~  K: c主程序实现如下操作:6 |* g! Q  K4 \7 O

( _$ u7 {! |" D9 ~2 F, d! a  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
4 `. C- ?, f0 E# K8 H  按下按键K1,串口打印1024点实数单精度FFT的幅频响应和相频响应。
3 V% W7 o0 V" j/ \, n( ^$ v/ N& J/ H  按下按键K2,串口打印1024点实数双精度FFT的幅频响应和相频响应。7 {: V2 G5 ^+ G2 z
  1. /*6 K; i* s4 ^  @/ \" w; a# N
  2. *********************************************************************************************************
    ! ?, G( E  D& p: K2 b
  3. *    函 数 名: main
    1 x3 I: O2 U' [" O9 h
  4. *    功能说明: c程序入口
      E; v- a- A3 K- _6 p# K
  5. *    形    参: 无
    3 G+ I$ \" Q5 x5 w. B; W
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    5 k) m- F( K1 Q# Q; q, V9 M
  7. *********************************************************************************************************
    1 z% B# Y" z. K$ E
  8. *// I8 c1 N" g1 }" Y  L, v. ~/ w' }
  9. int main(void)
    + G( R4 F6 n. ?3 B
  10. {
    0 u- F( g: f' n# p: P3 G# \7 l! R
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */; j. Q; M+ k, x# H1 O4 c3 B& F
  12. ( d4 ~. Z9 ?+ W1 S6 r

  13.   Z6 D9 E$ N- l# R
  14.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */! ?4 L) y; ]7 B
  15.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    2 V3 V# C& ]. E/ s) l
  16. ) p! T3 H0 M" [+ d) L$ _
  17.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */. Y$ o) o0 Z; H0 l* R1 G
  18. - K1 F4 c$ ]8 Y8 I$ V( w2 ?

  19. 7 `- ?2 ^# J$ j: c" q: R5 h& C) W% @5 ]
  20.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */7 g5 [/ g1 W, s- b2 K! U! f

  21. 8 A# C/ U8 k9 c& {8 m
  22.     /* 进入主程序循环体 */
    ) j6 V6 f2 X+ T; ]% \2 a
  23.     while (1)( D3 \( ~* u( t; N
  24.     {( z% X, D4 N/ n* q; y! Y
  25.         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 */5 R' E4 ~0 A# y# \% V, Z

  26. 4 K1 Z' q& K, {
  27. . j7 D/ k  `* [1 y" H
  28.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    " }' N7 ~6 Z3 {2 q7 \/ t
  29.         {
    7 ]' _7 E' Z  [9 E
  30.             /* 每隔100ms 进来一次 */
      ]( u- I5 t6 y2 R
  31.             bsp_LedToggle(4);    /* 翻转LED2的状态 */   . c2 L# Y8 G! Y3 A* p
  32.         }8 @/ q% d) C+ I0 [8 S- }) l

  33. # g" {& w6 N# J$ E/ N3 a) E$ s
  34.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */3 Q( i4 D; o1 M7 U0 j2 _
  35.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    ( X" O, |) D0 N! k- m# R
  36.         {" U2 ?7 E, {2 v' F
  37.             switch (ucKeyCode)
    9 Y, s6 W" L4 x/ U0 i0 e4 i
  38.             {
      A' {6 |8 ?( [7 a1 P3 a7 O: y
  39.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
    , x8 Z2 K% |& O
  40.                     arm_rfft_f32_app();! `- X8 f4 ~& U6 m( \1 E; c0 Q7 J
  41.                     break;
    # G5 W0 T7 W- S" }  f* T
  42. . L/ Q' A; j. n" R
  43.                 case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下 */8 P1 f/ C2 I% U* _( N  R0 O
  44.                     arm_rfft_f64_app();: |; i6 Q& o' c7 b; Z( x
  45.                     break;
    . n9 a8 d5 Q$ t; O% M3 _+ D6 F

  46. . h+ m7 }" m& N7 p  Q

  47. + b4 s! I' c3 T
  48.                 default:
    2 B! \$ M, I' |) A" p+ x2 V0 q( e
  49.                     /* 其它的键值不处理 *// r6 r: K& N5 Y/ e: X" w: N7 @
  50.                     break;, n! w% }7 c! w/ s# y7 I
  51.             }
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