01 DSP简介
提到DSP，作为电子专业的学生，大部分第一时间想到的是DSP芯片，DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。


实际上，DSP的全称是数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。


如下面ARM官方描述的，ARM处理器是支持DSP的。

主要是在cortex-R和Cortex-M内核支持。

Arm 的数字信号控制器Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M33、Cortex-M35P和Cortex-M55处理器满足了对高性能通用代码处理以及数字信号处理应用的需求。

向Thumb 指令集添加DSP 扩展和可选浮点单元(FPU)，旨在提高数值算法的性能。此外，它们提供了直接在 Cortex-M处理器上执行信号处理操作的机会，同时保持Cortex-M程序员模型的易用性。

02 IAR中DSP Libary的使用


ArmCortex-M3 /M4处理器提供信号处理指令，例如SIMD（单指令多数据）。特别是Cortex-M4专为DSP应用而设计，它支持高级SIMD，MAC（乘法和累加）指令。此外，Cortex-M4F器件具有FPU（浮点单元），用于处理浮点计算。


有几种方法可以使用这些指令，例如使用汇编程序例程或内部函数，但最实用的方法之一是使用ArmCortex微控制器软件接口标准（CMSIS）DSP库。CMSIS-DSP库专为Cortex-M处理器而设计，它为数字信号处理提供优化的功能，如矩阵函数，统计函数，高级数学函数等。


IAREmbedded Workbench forArm中提供了预构建的CMSIS-DSP库及其源代码，在本文中，我们将了解如何将CMSIS-DSP库与IAREmbedded Workbench for Arm一起使用以及如何改进性能。


Configuringthe CMSIS-DSP library


配置CMSIS-DSP库

让我们看看如何调用CMSIS-DSP功能及其性能。这里我们将使用sqrt（平方根）函数并与标准数学函数进行比较：

1. 
   
2. //#define DSP_Lib
   
3. 
   
4. #ifdef DSP_Lib
   
5. #include <arm_math.h>
   
6. #endif
   
7. 
   
8. #include <math.h>
   
9. #include <stdio.h>
   
10. int main()
    
11. {
    
12. #ifdef DSP_Lib
    
13.   float32_t f_input_cmsis_dsp = 2;
    
14.   float32_t f_result_cmsis_dsp;
    
15. #endif
    
16.   
    
17.   float f_input = 2;
    
18.   float f_result;
    
19.   
    
20. 
    
21. #ifdef DSP_Lib
    
22.   /* Using CMSIS-DSP library */
    
23.   arm_sqrt_f32(f_input_cmsis_dsp,&f_result_cmsis_dsp);
    
24.   printf("f1: %f\n",f_result_cmsis_dsp);
    
25. #endif
    
26.   
    
27.   /* Standard math function */
    
28.   f_result = sqrt(f_input);
    
29.   printf("f2: %f\n",f_result);
    
30.   
    
31.   return 0;
    
32. }

复制代码

结果如下

1. f1: 1.414214
   
2. f2: 1.414214

复制代码

接下来，让我们来看看性能。


IAREmbedded Workbench中的CYCLECOUNTER寄存器可用于检查正在运行的代码所消耗的周期数。在检查上次执行的C/ C ++源代码或汇编程序步骤期间的循环次数时，CCSTEP寄存器非常方便有用。

设置断点并记下sqrt函数的CCSTEP值：

在这种情况下，CMSIS-DSPsqrt功能比标准数学函数快10倍以上。

1. arm_sqrt_f32 :    52 cycles
   
2. sqrt :            752 cycles

复制代码

从这个简单的例子中，我们可以看到CMSIS-DSP非常易于使用，并且显着提高了性能。