1.1   初学者重要提示
  关于学习方法问题，可以看附件章节A。
' `3 \9 M% Z" j9 B; p# w- Q  这几年单片机的性能越来越强劲，DSP芯片的中低端应用基本都可以用单片机来做。
. H# m3 y) W8 _: }" @% l  当前单片机AI也是有一定前景的，ARM一直在大力推进，很多软件厂商和研究机构也在不断的努力。通过此贴可以了解下:单片机AI的春天真的来了，ARM最新DSP库已经支持NEON
) t$ N/ S  }8 P; c% m. o1.2   STM32H7的DSP功能介绍
STM32H7是采用的Cortex-M7内核，而DSP功能是内核自带的，下面我们通过M7内核框图来了解下：
7 Y# b3 x8 A: T* V

重点看如下两个设计单元：
* I, o$ f& N/ a& v! P' s0 ~
  DSP
1 V% U2 \0 E, EDSP单元集成了一批专用的指令集（主要是SMID指令和快速MAC乘积累加指令），可以加速数字信号处理的执行速度。

  FPU
Cortex-M7内核支持双精度浮点，可以大大加速浮点运算的处理速度。
6 y3 V" T: k7 O% p
下面是Cortex-M3，M4和M7的指令集爆炸图：
) O2 `2 t5 d6 R  j5 h
5 e# S; r) i  w

3 q1 U$ T3 \+ d
通过这个图，我们可以了解到以下几点：

  M4和M7系列有相同的DSP指令集。
  M7相比M4系列要多一些浮点指令集。
/ M; R' Y. ~" z# ~  同时这里要注意一个小细节，浮点指令都是以字符V开头的。通过这点，我们可以方便的验证是否正确开启了FPU（MDK或者IAR调试状态查看浮点运算对应的反汇编是否有这种指令）。

' F* |- E& m- I9 f; |' k2 t
不同M内核的DSP性能比较：
7 p) U* h$ e$ q1 F

# W/ b7 `0 ?! `6 P9 g" \- I. V  Cortex-M7内核的DSP性能最强。
: M. M1 ]# f) |- s1 o; u' ]* K% p  Cortex-M3，M4和M33是中等性能，其中M3最弱。
0 h5 X7 [6 x7 ^  Cortex-M0，M0+和M23性能最弱。

1.3   Cortex-M7内核的DSP和专业DSP的区别
M核的DSP处理单元与专业DSP的区别：

; C# H  a2 H/ ]' r' k

+ C- `# o3 u  f- P4 d* _' m( O
5 R6 q, }& F) }0 p, b; ]: \, @& i1.4   ARM提供的CMSIS-DSP库
, `: }. A* N! h- Q* b3 k2 H为了方便用户实现DSP功能，ARM专门做了一个DSP库CMSIS-DSP，主要包含以下数字信号处理算法:
* }+ g# u5 E8 ~$ W
  BasicMathFunctions
5 T# P2 o& }* T  I+ p% b0 H' B提供了基本的数据运算，如加减乘除等基本运算，以_f32结尾的函数是浮点运算，以_q8, _q15, _q31,结尾的函数是定点运算，下面是部分API截图：

( k) E3 k  ?) m, _7 P. a, |

1 W1 j& s9 e, b* x0 z
6 _( ?# d5 |; T: e- \  FastMathFunctions
& y% f0 S: X3 y9 q5 G主要提供SIN，COS以及平方根SQRT的运算。

' }  `  i( {; t' d+ k/ B

- W. x  Z4 j, C% r8 q/ e' n
  ComplexMathFunctions
  @( L' o/ L' X8 a0 i( N0 }复杂数学运算，主要是向量，求模等运算。下面是部分API截图：

. N# V0 ^. F( ], B6 {* P

1 Y$ s' j% F( t  s
  FilteringFunctions
主要是滤波函数，如IIR，FIR，LMS等，下面是部分API截图：

1 F+ r6 p# j% T' n  MatrixFunctions
主要是矩阵运算。

% F8 t9 Y/ P$ ~" ~6 D: D$ A8 F

  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，下面是部分API截图：
/ M- W3 n  n# z1 c' d) K. {

  ControllerFunctions
控制功能，主要是PID控制函数和正余弦函数。

! D9 I+ M$ \/ a7 b# I

9 s  t1 p: ~" G1 [3 j
  StatisticsFunctions
8 S' M* I* [  a0 ?  h统计功能函数，如求平均值，最大值，最小值，功率，RMS等，下面是部分API截图。

, l7 e# h- A( i+ a# X+ u7 r2 t% p+ z
% Z8 e6 @( I. a) L5 y& `3 Q, C  SupportFunctions
3 }. x0 Q8 d9 H% p& b1 A支持功能函数，如数据拷贝，Q格式和浮点格式相互转换。

/ M0 O$ l( t3 ~( c, B: e
  CommonTables
arm_common_tables.c 文件提供位翻转或相关参数表。

+ H- p& ~5 o, l8 m& z# Z. c+ ]
1.5   TI提供的32位定点DSP库IQmath
+ U1 m$ j+ ]2 F, q$ y2 h初次使用这个定点库，感觉在各种Q格式的互转、Q格式数值和浮点数的互转处理上更专业些，让人一目了然。
, f. h( G$ I1 E- w% d( H* O. J& C! @
) A$ W8 j3 q( V2 u1 X  j所以本次教程也会对IQmath做个介绍并配套一个例子。

1.6   ARM DSP软件替代模拟器件的优势
5 |- H9 V7 W0 u) P- U我们日常生活中用到DSP的地方很多，以生活中的设备为例：
1 l; L7 o6 w9 H. n; q& e/ L2 D8 l: M+ |
+ l3 A7 Y+ x) e' |5 t5 t

) R: i) K# C8 B5 A8 J" M; }* C通过ARM DSP软件替换模拟组件可以降低成本，PCB的面积和设计时间，同时提高灵活性和适应性。
5 b3 C/ I. A/ J5 m/ m/ f
8 G5 q* V1 ^8 @) S4 ~* t$ \3 Z  降低BOM成本
( P0 g7 \6 y+ z+ Z8 _$ v8 q" o5 u将模拟电路转换为软件的最明显的好处是材料清单成本（BOM）减少。
4 ~% Z' I% N: W, f1 e
  提高设计灵活性
使用模拟滤波器来不断调节电路以获得最佳性能时，这种情况并不少见。较小的电路板修改会导致新的电气特性突然改变寄生电容或电感，从而导致模拟电路达不到预期。将模拟电路转换为DSP算法不仅可以消除这种风险，还可以根据软件的需要进行调整，且更具灵活性。

' g( p# N+ X$ c2 L$ l) S  减少产品尺寸
降低BOM成本具有额外的好处，也允许开发人员减少其产品的尺寸。

4 A4 ^5 o/ A( ]' g, y5 j  缩短设计周期时间
将模拟电路转换为软件有助于缩短设计周期。这有几个原因：
; }" B# }5 p3 K0 y5 g" t) B' M- ~
9 w' ~9 {7 P' w/ J( O首先，有很多工具可供软件设计人员模拟和生成替换模拟电路所需的DSP算法。这通常比通过电路仿真和测试调整电路所需的时间快得多。
! b4 ?4 u& ]6 z: H2 A其次，如果需要进行更改，可以在软件中进行更改，这可以在几分钟内完成，而不必重新调整电路板或进行硬件修改。

  现场适应性
& G2 Z' k( r3 _8 `5 D  _在某些产品中，设计者很难预料用户在现场所遇到的各种情况。使用DSP算法，设计者甚至用户都可以进行实时调整，以适应现场条件，而无需进行大量硬件修改。

3 }1 H+ d* t7 m: B6 Q用数字信号处理算法替换模拟电路有很多好处。需要设计者在实际应用中权衡利益，选择最合适的方案。
$ v6 D# ?: X8 S* {
0 y! C5 G3 w; y1.7   Matlab安装
Matlab是学习DSP过程中非常重要的辅助工具，也是需要熟练掌握的，本教程的第2章到第5章进行了入门介绍。

- |( q! d0 a% a1.8   总结
本期教程主要是做一些入门性的介绍，下期教程将开始实战。
! X. M' r4 B( q) C6 ]! J

$ N8 M. R  d+ d4 o( o. t
# P! f8 j: K4 ~, d