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。
  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。
  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
7 `; ]2 k; B4 W7 K1.2   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：

重点看如下两个设计单元：

  _" f; ]* B- _9 a/ e( C4 B4 i* E  DSP
$ b: ?' T2 u( t* P7 SDSP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。

- b& u5 }# x6 R$ L5 D  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。
: i8 M% t. o5 C
下面是Cortex-M3，M4和M7的指令集爆炸图：

! V  l% k0 i/ F9 m8 v% S9 A

- E( U* \$ O* e( w0 X7 G
1 k# `: T. G4 F通过这个图，我们可以了解到以下几点：
" {4 q. i8 K9 r& P4 s: P
  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。
# S1 K* v/ Q( W2 D5 s& s- A6 G  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）。
, M3 P* d: R, y! L: j
! N# @: ~/ ^. L: y; V
不同M内核的DSP性能比较：

  P6 L7 d! V! h) V* f2 n  Cortex-M7内核的DSP性能最强。
  Cortex-M3，M4和M33是中等性能，其中M3最弱。
# q# I0 P0 r& n4 n) H' c% `  Cortex-M0，M0+和M23性能最弱。

6 m  u7 [' I" E1 L! A1.3   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：
6 e' U' |" [- q* V% b$ U
" V4 v  h# X3 J" f8 u( u

' M6 m! Z' _0 J. j
; N& N0 a( m0 d" q1 \8 V1.4   ARM提供的CMSIS-DSP库
% o1 W$ Z4 T9 Y% l  P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:

  BasicMathFunctions
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：
3 y; ]) v1 r' P+ U9 T, u9 n, ~/ j
  B. ^. n) o' }# j

2 ?( d; ^5 U, {$ L
  FastMathFunctions
/ ~7 d8 x/ x/ Z主要提供SIN，COS以及平方根SQRT的运算。
6 o4 N3 T) g# N% j1 u; w# `6 @& v

2 ]. f) W) S; g8 o; c
8 O4 g. {  u% v5 E* h% k* F0 V  ComplexMathFunctions
7 \7 ^. m/ o& u& x) ~: L复杂数学运算，主要是向量，求模等运算。下面是部分API截图：
7 W' Q( X& n$ ^* K
# }# C2 ~' J, W- c  h' Z' H

1 j1 P7 G! ~1 X/ P
! B" {( h. ~# Y0 I0 N5 W; p; |  FilteringFunctions
% p7 [, M: f& d+ u. h主要是滤波函数，如IIR，FIR，LMS等，下面是部分API截图：

1 O2 `4 i% k3 A, o% v

8 v, G. L: f+ R' f
  MatrixFunctions
主要是矩阵运算。
3 _* ^1 D( Z9 g; l

  TransformFunctions
: p. A* G6 ]4 S- A: n0 D/ h+ I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：
) n) Z( [" x* I5 I' C: J" X' P6 q5 g& \& U

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

. ~, Y4 l5 ^) i- q$ V' T7 {  S

  StatisticsFunctions
+ ?$ D1 P& q+ i$ \  {* Q1 X- [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。
' b. M/ M! Q2 Q7 n
/ p0 e) b/ I/ r8 a- m9 Z

  SupportFunctions
支持功能函数，如数据拷贝，Q格式和浮点格式相互转换。

, ~7 h4 u7 A6 N* e( t, l
7 [4 l1 H+ A8 K) r- e% W% `3 L  CommonTables
" H: f: @. p5 t3 U& Farm_common_tables.c 文件提供位翻转或相关参数表。
! Q; r! l) q  G4 ^  P$ W2 O7 f

1.5   TI提供的32位定点DSP库IQmath
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。
9 E% E. C; g/ Y( R1 c4 z9 |
( t6 O* h* ~4 F) \& H2 P所以本次教程也会对IQmath做个介绍并配套一个例子。

! {" D% T7 r8 m4 ^& `1.6   ARM DSP软件替代模拟器件的优势
我们日常生活中用到DSP的地方很多，以生活中的设备为例：

5 W5 t7 l- t5 k

1 @6 t8 d. ]. B; S9 d) d* K
, y  L5 g, e! U8 L- i) {' Z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。
9 t, `. o. I  B" {# K3 {
, q, |( H8 Y) ^- }: }  降低BOM成本
' a% @" [4 Z0 Y- H( |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。

  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。

, L# h1 r: K" @. b1 `8 I4 a7 v0 p  减少产品尺寸
6 y0 u) G5 s- m; Y# L. M, a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。
' B; T% F8 d2 r0 G* Q  l$ u
9 _$ U2 T( Y+ ~/ x* q$ 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：

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。
7 h  e+ ^* R8 \2 m  t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。
9 z. c( e! k/ k1 Q! i3 R1 G
  现场适应性
" X2 R( u, {; R+ Y( q3 l6 c" [1 Q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。
4 v. i; h( J6 s0 F5 _
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。
4 P9 Z8 S* n) y- r# q' G) S
1.7   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。

( `! w. g1 \4 e1.8   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。


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