体验NUCLEO-G474RE板卡试用

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gaosmile 发布时间：2020-3-4 16:31

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资源篇

外观还是一如既往的靓，简洁美观。板子搭载的是M4内核，速度快，高达170M主频，和数学运算加速器CORDIC大大提高运算能力，输入电压范围1.71~3.6V，512Flash，128的SRAM，1个用户LED，一个用户按键，32.768khz的外部低速晶振，外接24M的高速晶振，Micro-AB连接器，Arduino™ Uno V3连接器可扩与Arduino™ Uno V3连接，板载STLINK_V3仿真调试器，调试器的主控是STM32F723，下载速度得到的很大的提高。

STM32G474资源介绍：

STM32G474开发板实物图：

▲ 开发板实物图

开发板分为上下两部分，上半部分为ST-LINK-V3仿真器，可以给开发板进行调试和程序下载。下半部分是G474的最小系统板：全IO引出，兼容流行的Arduino扩展口如下图所示。值得一提的是：上半部分的ST-LINK是可以通过断开跳帽之后可以单独作为调试器使用。

实战篇

测试内容：

IO测试
虚拟串口VCP测试
FPU测试
DSP测试

1. LED和GPIO测试1

(1) 原理：短按一下按键，LED点亮，再短按一下按键LED熄灭。(2) 步骤：使用CubeCubeMx生成工程。

▲ 引脚配置

时钟配置：外接24M晶振，高达170M主频

生成工程，固件包版本V1.1.0。

代码：

结果：短按一下按键，LED点亮，再短按一下按键LED熄灭。

结论：使用MX配置简单快速。

2. VCP虚拟串口测试1

（1）原理：

MCU与stlik连接

虚拟串口连接MCU的LPUART1

（2）配置工程：

相关代码：

（3）结果：如下所示，按一次按键就打印一个“OK”，LED一亮灭交替。

结论：这个功能在我们调试的时候十分方便，节省了很多的资源和时间。

3．FPU性能测试1

原理：

FPU浮点运算单元，如果CPU上没有FPU进行浮点运算的话必须按照IEEE标准进行运算十分的耗时，相较之下具有FPU的处理器在计算浮点运算是非常快的，G474Nucleo板载FPU运算加速器，运算性能非常出色，我们可以通过简单的测试来测一下板子的FPU的性能，可以通过计算使用FPU时单精度的乘除法使用的时间和没有使用FPU时消耗的时间进行比较来得出结论，其中时间的计数我们使用的是systick定时器。

步骤：

首先我们要学会打开硬件FPU，我们要设置 CPACR寄存器，其中在SystemInit函数中已经写好怎么配置，如下图：

我们只需要添加宏定义__FPU_PRESENT =1 ，_FPU_USED=1就可以了，而默认已经定义了__FPU_PRESENT =1，我们还需要添加_FPU_USED=1，在target 的Code Generation 选single Precision 就行了，如下图。

相关代码如下：双精度和单精度计算函数

/**
* @name DoubleD
* @brief 双精度乘除法.
* @param angle：起始值，times：计算次数，
*mod：1除法0乘法
*/
void DoubleD(double angle,uint32_t times,uint8_t mode)
{
uint32_t i;
double result;
if(mode)//除法
{
for(i=0;i<times;i++)
{
result = angle/PI;
angle += 0.00001f;
}
}
else//乘法
{
for(i=0;i<times;i++)
{
result = angle*PI;
angle += 0.00001f;
}
}
}

复制代码

/**
* @name FloatXFloat
* @brief 单精度乘除法.
* @param angle：起始值，times：计算次数，*mod：1除法0乘法
*/
void FloatXFloat(float angle,uint32_t times,uint8_t mode)
{
uint32_t i;
float result;
if(mode)//除法
{
for(i=0;i<times;i++)
{
result = angle/PI;
angle += 0.00001f;
}
}
else//乘法
{
for(i=0;i<times;i++)
{
result = angle*PI;
angle += 0.00001f;
}
}
}

复制代码

主函数

int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_LPUART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_Init();
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
printf("---------------NOT USER FPU----------------------\n");
//-------------------测试单精度乘法----------------------------------------
start_tim = HAL_GetTick();
//乘法
FloatXFloat(PI/6,TIMES,0);
end_tim = HAL_GetTick();
if(end_tim > start_tim)
{
tim_cnt = end_tim - start_tim;
}
else
{
tim_cnt = 0xffffffff - start_tim + end_tim;
}
printf("单精度乘法-- %d ms\r\n",tim_cnt); //显示运行时间
//-----------------测试单精度除法-------------------------------------------
start_tim = HAL_GetTick();
//除法
FloatXFloat(PI/6,TIMES,1);
end_tim = HAL_GetTick();
if(end_tim > start_tim)
{
tim_cnt = end_tim - start_tim;
}
else
{
tim_cnt = 0xffffffff - start_tim + end_tim;
}
printf("单精度除法-- %d ms\r\n",tim_cnt); //显示运行时间
//-----------------测试双精度乘法-------------------------------------------
start_tim = HAL_GetTick();
//乘法
DoubleD(PI/6,TIMES,1);
end_tim = HAL_GetTick();
if(end_tim > start_tim)
{
tim_cnt = end_tim - start_tim;
}
else
{
tim_cnt = 0xffffffff - start_tim + end_tim;
}
printf("双精度乘法-- %d ms\r\n",tim_cnt); //显示运行时间
//-----------------测试双精度除法-------------------------------------------
start_tim = HAL_GetTick();
//除法
DoubleD(PI/6,TIMES,1);
end_tim = HAL_GetTick();
if(end_tim > start_tim)
{
tim_cnt = end_tim - start_tim;
}
else
{
tim_cnt = 0xffffffff - start_tim + end_tim;
}
printf("双精度除法-- %d ms\r\n",tim_cnt); //显示运行时间
HAL_GPIO_TogglePin(USER_LED_GPIO_Port,USER_LED_Pin);
HAL_Delay(500);
}
/* USER CODE END 3 */
}

复制代码

测试结果：

条件：输入参数angle：起始值 = π/6，times：计算次数 = 20000(两万)，mod：乘除法时。

（1）没有打开FPU

（2）打开FPU

数据比较

	打开FPU(ms)	关闭FPU(ms)	比例
单精度乘法	1	9	9
单精度除法	3	13	4.3
双精度乘法	17	16	0.9
双精度乘法	21	21	1

得出结论：

打开FPU和没有打开FPU在浮点计算性能上有明显的提高，测试中可以看出在单精度乘法上性能上比较明显，速度大概是没有打开FPU的9倍左右，单精度除法则提升没有那么高4.3倍左右，在双精度上的运算则没有起到作用，耗时基本相同，所以FPU在单精度上计算速度上比较快对于双精度计算则不起作用。

4. DSP测试1

原理：

M4内核除了集成硬件FPU外，还带有DSP指令，还有相应的加速单元增加了数据的处理能力和运算速度，ST还提供了DSP算法相关的库，大大的提高了我们开发速度和效率，为了展示DSP的性能，我使用ST提供的标准库数学运算的运算速度和使用DSP库的提供的数学函数的运算速度比较，参考原子的比较方式，现在我们用过sin（x）² +cos（x）² = 1 这个运算，首先我们以x为变量，x从π/6开始，每次累加0.001，累加200000次，每次的结果的误差不能大于0.00005的运算时间进行比较，可以得到使用DSP和不使用DSP运算速度上的差别。

步骤：

在原来的工程上加入DSP库的头文件和源文件，并包含头文件路径，还要打开硬件FPU，添加宏定义,添加头文件和lib。

打开FPU，在target 的Code Generation 选singlePrecision。

减价宏定义ARM_MATH_CM4。

测试主要代码：

运算函数：

//sin cos测试
//angle:起始角度
//times:运算次数
//mode:0,不使用DSP库;1,使用DSP库
//返回值：0,成功;0XFF,出错
uint8_t sin_cos_test(float angle,uint32_t times,uint8_t mode)
{
float sinx,cosx;
float result;
uint32_t i=0;
if(mode==0)
{
for(i=0;i<times;i++)
{
cosx=cosf(angle); //不使用DSP优化的sin，cos函数
sinx=sinf(angle);
result=sinx*sinx+cosx*cosx;//计算结果应该等于1
result=fabsf(result-1.0f);//对比与1的差值
if(result>DELTA)
{
return 0XFF; //判断失败
}
angle+=0.001f; //角度自增
}
}
else
{
for(i=0;i<times;i++)
{
cosx=arm_cos_f32(angle);//使用DSP优化的sin，cos函数
sinx=arm_sin_f32(angle);
result=sinx*sinx+cosx*cosx; //计算结果应该等于1
result=fabsf(result-1.0f); //对比与1的差值
if(result>DELTA)
{
return 0XFF;//判断失败
}
angle+=0.001f; //角度自增
}
}
return 0;//任务完成
}

复制代码

函数中当输入参数mode为1时使用DSP库提供的arm_cos_f32和arm_sin_f32计算sin（x）² +cos（x）² = 1，输入参数angle为其实角度，计算一次增加0.001,输入的参数timers是要计算的次数，计算的次数越多越消耗时间，对硬件的资源要求就越高，mode为1时则使用st标准库提供的sin，cos函数，所以通过两者的比较得出那种方式比较节省时间。

主函数

/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_LPUART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_Init();
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
//使用DSP优化
start_tim = HAL_GetTick();
status = sin_cos_test(PI/6,200000,1);
end_tim = HAL_GetTick();
if(end_tim > start_tim)
{
tim_cnt = end_tim - start_tim;
}
else
{
tim_cnt = 0xffffffff - start_tim + end_tim;
}
if(status==0)
{
printf("USER DSP-- %d ms\r\n",tim_cnt); //显示运行时间
}
else
{
printf("USER DSP ERROR\n"); //显示当前运行情况
}
//不使用DSP优化
start_tim = HAL_GetTick();
status = sin_cos_test(PI/6,200000,0);
end_tim = HAL_GetTick();
if(end_tim > start_tim)
{
tim_cnt = end_tim - start_tim;
}
else
{
tim_cnt = 0xffffffff - start_tim + end_tim;
}
if(status==0)
{
printf("NOT USER DSP-- %d-ms\r\n",tim_cnt); //显示运行时间
}
else
{
printf("NOT USER DSP ERROR\n"); //显示当前运行情况
}
HAL_GPIO_TogglePin(USER_LED_GPIO_Port,USER_LED_Pin);
HAL_Delay(500);