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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$ J6 _. v9 _' z+ F4 I8 W1 a6 ]
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。- v8 h. j# Q) c6 ^8 m
31.2 实数浮点FFT说明
$ x/ \. G& k! D8 D6 v/ cCMSIS 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。# A+ d& S* Y& G% W: Y0 v

* G/ ?3 Y: F1 b  z' ]快速的rfft算法是基于混合基cfft算法实现的。1 f& N! r' Y, P

0 W( j2 e4 y8 x1 S一个N点的实数序列FFT正变换采用下面的步骤实现:
2 k7 J6 i; E3 u8 X
- f, g5 w+ f, k! _2 N$ I  ~  O/ g
6ff83e43e4107e4dd6c86637e1f33e3e.png
" M* p- S/ i% @9 D" }5 K  T. o

$ B3 e- i  ~+ O" o3 ]3 r% u8 _0 A0 e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)。3 q9 Q: k: i  L. f
% N" v2 J7 G; J$ _  q2 G  |( B  x) j
一个N点的实数序列FFT逆变换采用下面的步骤实现:
2 L- k7 l6 q4 I! z- D/ Z
4 j: j4 P9 z: }2 d' u
fa46a006e4e8a7580e06cc13c47c6554.png
' d% P+ y0 V6 m9 i/ b3 R" C9 d+ n

+ R3 M2 [5 z5 X实数FFT支持浮点,Q31和Q15三种数据类型。" G) p& \$ E3 r, A. l1 f1 g. Z
( I3 x; \8 j1 S5 U* `# [  y& @
31.3 单精度函数arm_rfft_fast_f32的使用(含幅频和相频)
% N8 M% R: t/ i/ q4 S31.3.1 函数说明
- P/ T2 i1 q: \3 o4 G3 N. c( }
函数原型:- L5 a, y# R8 T

( Q* D+ G  D6 Y+ ^+ r' X$ r
  1. void arm_rfft_fast_f32(
    $ X$ w7 F4 v% z8 _1 Z/ o1 @: j
  2.   const arm_rfft_fast_instance_f32 * S," L" ]4 e7 c  l" I* u
  3.   float32_t * p,: }$ x! {; b( b4 {
  4.   float32_t * pOut,- I0 D( v9 ]. P' P1 P5 B$ I6 ?
  5.   uint8_t ifftFlag)
复制代码
2 ^% e5 S7 J- W! _! B& R, m
函数描述:! s* e2 ^' Z( R2 z1 E9 g

  c* B, I+ x: K2 M4 R4 m这个函数用于单精度浮点实数FFT。
0 g5 y8 l6 }, N- [' w5 u- P. ?9 C5 E+ _* s
函数参数:
4 c- A7 c, o) O7 m9 U4 ]0 y' A' K0 o  N+ z1 z& p
  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。* b4 v- A  b' H) w7 B2 u% p1 t4 a8 Y
比如做1024点FFT,代码如下:* S: x9 B& g! x0 @* I1 W
( Q8 }' q$ ^1 {* Q8 G& S1 n( S/ |
arm_rfft_fast_instance_f32 S;# H( \- y& z7 j1 C
* c) N5 U, I9 V: Q4 Y8 r4 {, B
arm_rfft_fast_init_f32(&S, 1024);9 h( W; H7 m9 I; S
; E6 C" t& S( U2 l  s
arm_rfft_fast_f32(&S, testInput_f32, testOutput_f32, ifftFlag);( x4 q2 E: y+ m) C
# i9 t- {7 d& 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。
' `& ~, Y- j7 X" e$ B0 f9 d4 u  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。
! A) w' X' n- b  _8 r  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。' B/ y% {5 h# h# ?3 p- h
1 }/ u- X! Y: I; X$ D& N0 |) \! G
31.3.2 使用举例并和Matlab比较

# f1 G( N4 F$ _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。' R& O  X" S  e( N

8 {* V1 Y8 r0 h9 i
  1. /*; J% z/ J- B8 f+ Q! g: }# J. q9 K1 `! V
  2. *********************************************************************************************************
    ' k/ M, l$ }5 ?* `7 Q- C1 R
  3. *    函 数 名: arm_rfft_f32_app6 x$ x# k8 X6 {  k  J
  4. *    功能说明: 调用函数arm_rfft_fast_f32计算幅频和相频+ N7 {0 J2 T. }- ^: R) S
  5. *    形    参:无" {% q8 w0 l$ A1 S# B: h
  6. *    返 回 值: 无
    6 I* ~+ }" v+ \% \4 ?5 U* E8 V
  7. *********************************************************************************************************
    & i3 W. L+ ]  g/ a$ {0 B5 X: w
  8. */0 U( ?2 b# h- s' [5 b
  9. static void arm_rfft_f32_app(void)+ o2 m- r0 U8 Q+ n! s- V6 b
  10. {
    8 Z+ L' S0 }: F8 k9 V
  11.     uint16_t i;- X- @( t8 A# n6 M$ F0 V
  12.     arm_rfft_fast_instance_f32 S;
    2 R. J: H. F6 s9 L8 W
  13. ( o! M, o* n7 _
  14. 9 d. L- ?; p" h5 G( v
  15.     /* 正变换 */
    7 W. }8 V* n9 u
  16.     ifftFlag = 0;
    $ w& Z% C) u3 |$ e/ F

  17. 5 j: E) {4 D8 W, S+ \$ p, f
  18.     /* 初始化结构体S中的参数 */2 Q; A; j7 `9 v* n
  19.      arm_rfft_fast_init_f32(&S, TEST_LENGTH_SAMPLES);
    8 v0 C; |6 l' N0 {$ `4 ], h$ ~2 M

  20. - W& t" z- S2 y( Z, Z7 M
  21.     for(i=0; i<1024; i++)! J7 z* w: k1 ]* k
  22.     {' j/ @/ }5 u$ _' Y; R/ T
  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° */2 P4 E" ~0 }2 O0 w+ O, f. O9 X+ G
  24.         testInput_f32<i> </i>= 1 + cos(2*3.1415926f*50*i/1024 + 3.1415926f/3);2 J9 ^* F; v9 w2 c1 \
  25.     }
    6 J7 ~, ~5 ]+ f6 x

  26. 4 Y0 Y; N9 K1 s" u* I, ~
  27.     /* 1024点实序列快速FFT */
    4 S8 `0 `) K0 e
  28.     arm_rfft_fast_f32(&S, testInput_f32, testOutput_f32, ifftFlag);
      _; F% t: r( _0 t* k
  29. / n. g+ `+ C* O- p& i- k
  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_f327 ~9 u( d: C- ~5 c; v
  31.        只求解出了512组  
    : |+ D$ D, Z$ [# A
  32.     */
    $ z; [' ^7 g0 t
  33.      arm_cmplx_mag_f32(testOutput_f32, testOutputMag_f32, TEST_LENGTH_SAMPLES);
    " |0 a0 \7 n4 e/ i- o- [6 p/ ^6 Y

  34. * Y" c; [% W- |( u2 V) M
  35. 5 V9 ]' S& N7 R) b- e$ f$ c
  36.     printf("=========================================\r\n");    - z" U5 {* b- ]( [$ V
  37. 1 L0 k* G3 o& k( ^1 _1 D7 g# n
  38.     /* 求相频 */
    ; X' f  U; B% g2 U
  39.     PowerPhaseRadians_f32(testOutput_f32, Phase_f32, TEST_LENGTH_SAMPLES, 0.5f);
    2 B( G/ `* z$ w* q+ Y+ k3 `
  40. 9 \% x( c# C+ D+ b. y
  41. / L( w$ d* X! w6 r
  42.     /* 串口打印求解的幅频和相频 */
    . Q, K0 k: Y4 t2 T$ l7 l4 @: A% z
  43.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    3 R, B( {/ m* Y0 y3 g! N% u
  44.     {2 O- H0 V. z- X4 l+ P$ p+ R' |5 G
  45.         printf("%f, %f\r\n", testOutputMag_f32, Phase_f32);$ I' ]3 ^) x# ~5 V( S$ Z# [
  46.     }( `7 M# h. ]$ c4 m# L' h
  47. }
复制代码
% T1 z; \  k! n$ j( z8 g2 N
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。
0 ~! l, P/ z4 l( G; A8 @; v, Q0 D1 `3 u) o3 |+ q
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:
8 U& _; R6 A- Z& ~9 @9 O0 Y7 \& A; ?+ b2 q& F' w# W$ `: S
  1. Fs = 1024;               % 采样率
    ( P3 j4 O* K$ R% L
  2. N  = 1024;               % 采样点数
    1 ^: [1 U, f! \6 \* {6 j
  3. n  = 0:N-1;              % 采样序列7 Z8 X# \; D- L6 B/ e2 J/ U! k/ @
  4. t  = 0:1/Fs:1-1/Fs;      % 时间序列
    1 K$ f3 G1 E4 c/ m9 P# n, |  j2 A
  5. f = n * Fs / N;          %真实的频率
    ; G. W5 ^9 K& h" Y& ^1 A
  6. & C, X$ {: S& [' y& e) ^" s+ h
  7. %波形是由直流分量,50Hz正弦波正弦波组成- @, Z* V4 V& H3 ]' [, n( P+ j& i
  8. x = 1 + cos(2*pi*50*t + pi/3)   ;  8 V  V$ j- W' h  D7 {$ x! m
  9. y = fft(x, N);               %对原始信号做FFT变换- W, _( ^) A; p
  10. Mag = abs(y);% a  a* V  `; C0 X' [3 s: `5 ^
  11. $ V% k/ I) u$ `4 d5 {8 L
  12. subplot(2,2,1);
    ' d1 ~8 d  `$ o! I" ?
  13. plot(f, Mag);
    : A( ~6 V: E! ~
  14. title('Matlab计算幅频响应');  S8 U% y, H! E7 O" {! G
  15. xlabel('频率');7 l' ?" _. c# k9 j4 j  `# N
  16. ylabel('赋值');4 m8 @  V6 r& p
  17. % }1 w1 K' T4 C; L7 u- N, K
  18. subplot(2,2,2);8 I9 B$ {4 c) N; j" `5 ?
  19. realvalue = real(y);
    5 k5 |8 N2 w. c/ x5 F
  20. imagvalue = imag(y);. F/ e1 Z, ~. D/ M1 y, D
  21. plot(f, atan2(imagvalue, realvalue)*180/pi.*(Mag>=200));
    - Y$ ?5 {/ P* i# K! q
  22. title('Matlab计算相频响应');
    $ I: V; m: w( y! p: y
  23. xlabel('频率');0 E5 X5 {( d4 k9 O& P
  24. ylabel('相角');6 E3 r- ~4 h; Y2 L  |
  25. - M+ u9 z) N1 E* f# f5 _
  26. subplot(2,2,3);
    5 t( O5 x" x5 d& B, ~6 S7 S
  27. plot(f, sampledata1);  %绘制STM32计算的幅频相应
    9 k/ J- E( V0 s5 Y$ h0 z6 M) k
  28. title('STM32计算幅频响应');
    5 b. T% J. {+ D7 M
  29. xlabel('频率');
    . m2 V5 G, o3 L
  30. ylabel('赋值');
    & s* ^3 ~- p( ?& D7 j
  31. # A8 t* D4 K( C) P  J6 f4 R
  32. subplot(2,2,4);
    ; W9 z) P+ q" Y$ M
  33. plot(f, sampledata2);   %绘制STM32计算的相频相应9 X$ M1 ^8 H! a, ~$ `
  34. title('STM32计算相频响应');
    . R* [8 I% Q& _7 C7 r; s
  35. xlabel('频率');0 d1 x2 i% k3 b$ E. N! t( G# H# f# Y
  36. ylabel('相角');
复制代码

0 S; q1 S% Y) D9 b- t; L运行Matlab后的输出结果如下:, U) F. m! V6 a/ P. g% v
: ?0 s+ t. j* x# j% m. b( Q4 j: V6 S+ g
fe890c5116e063bdee5347cce44481fc.png

+ D/ f) G" P$ K0 d3 S; u/ c
! `5 [  {7 I" j8 ]1 n" X3 {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。
) t9 g4 ~) K: w7 w7 @* e; ~
- a% N& H% F7 K! D" P" @31.4 双精度函数arm_rfft_fast_f64的使用(含幅频和相频): `: a0 i+ _5 a8 ~
31.4.1 函数说明
0 m( E) F+ `* ^
函数原型:
; C/ i4 \3 _6 K5 ?+ L: V, C
9 b% F) i4 D0 i2 Y& T  A9 W
  1. void arm_rfft_fast_f64(' s( ?/ h7 a9 K7 J. V# b" S
  2.   arm_rfft_fast_instance_f64 * S,: F6 s& X& A, E6 F! w- m# F% ]
  3.   float64_t * p,
    ( H8 ]. i1 O6 ~8 e6 [8 _
  4.   float64_t * pOut,& F0 J% q# `2 b; F7 {6 u
  5.   uint8_t ifftFlag)
复制代码
$ i+ ^/ J9 N$ Z3 t% N
函数描述:
" {( z- @* ]1 h4 H2 c8 e7 `; W1 [
& Q0 e. V/ j: s% `! |3 N# `7 `这个函数用于双精度浮点实数FFT。
5 }% g$ y0 j' {/ ?5 y. d; S; N* h) S9 _3 q- L
函数参数:
1 s5 I- h3 I# ?% m3 F- ~, ], M- m. ?& r
  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。2 L+ a+ a! O4 g$ F" ~1 p
比如做1024点FFT,代码如下:
% B0 _9 X( u2 t4 c9 I2 L9 X
* `) y1 m( v2 C* w9 \6 carm_rfft_fast_instance_f64 S;
/ Z5 T! V. \! t% f$ F7 O9 w0 ]% b/ f& w: o! v
arm_rfft_fast_init_f64(&S, 1024);) G7 l) h0 l2 J+ \; M$ @1 x/ n

, y* L  d; L9 d, qarm_rfft_fast_f64(&S, testInput_f64, testOutput_f64, ifftFlag);
7 c: k+ i6 Q4 E- {! }
8 {; d3 d" G% K9 P% D/ o4 J9 D+ u  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。0 R& F$ c4 ]  e: Y9 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。
. a% q. f2 r9 D* `" G* B  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
# F  q; Q# ^  S$ C6 A5 o" H* F/ W. n# ?, m3 F! F" [
31.4.2 使用举例并和Matlab比较

/ @" F" U+ v5 Z2 _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。  t7 x9 s7 A  U! X% _$ ?8 I

  x0 i% t4 a  b
  1. /*
    $ e! r3 P, C8 R7 B0 G8 y6 p
  2. *********************************************************************************************************
    4 Z* w3 K+ s9 T
  3. *    函 数 名: arm_rfft_f64_app8 m1 g& c$ J% C; y3 r
  4. *    功能说明: 调用函数arm_rfft_fast_f64计算幅频和相频
      d0 b' J7 y* e% L  g& }$ U; a
  5. *    形    参:无
    , @. o/ X0 E* M  B+ Q) M1 s
  6. *    返 回 值: 无
    + z& M2 n4 b5 i; q% k
  7. *********************************************************************************************************
    & L1 @. t! ~5 G1 @: ?6 {
  8. */
      |& M" X9 r/ f1 o; [
  9. static void arm_rfft_f64_app(void)# s/ ?0 v4 s9 Q" j% K' N
  10. {- v0 K& P" m& ^# n( T' T1 ^$ X: E$ ^
  11.     uint16_t i;+ z6 E( D: }% X: V2 k' }6 d( B& z% i
  12.     float64_t lX,lY;
    , O2 ?  X8 |4 @8 E$ A) i
  13.     arm_rfft_fast_instance_f64 S;
    , T) Z: r+ E* y% A2 A1 `, Q: O
  14. ' D: s) Q/ x" R2 a! N
  15. 0 I* L6 E9 U# d) k2 @
  16.     /* 正变换 */* R9 p/ t1 o, ^3 Y7 z+ N7 ]
  17.     ifftFlag = 0; ) j2 I" l8 S% k

  18. ; J- M4 v( h6 V0 e
  19.     /* 初始化结构体S中的参数 */( x! m- ~- V1 \# V# j9 [4 I
  20.      arm_rfft_fast_init_f64(&S, TEST_LENGTH_SAMPLES);
    - H3 E% e: S  U( ^& g

  21. 8 Q; R+ B# L( L# K: z
  22.     for(i=0; i<1024; i++)7 X) U) m8 y" h6 o7 Y
  23.     {
    . `) w. @4 n; \8 @  n9 M
  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° */4 e4 }2 L2 a2 q9 ^. U0 J  }% X2 x" @2 C' m
  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* K* V- p& Z8 G
  26.     }
    4 I! T1 j  I6 P- e3 N
  27. 8 \0 w  N$ f: F, S
  28.     /* 1024点实序列快速FFT */ % _! m3 ?. `6 R2 d; N" B! A
  29.     arm_rfft_fast_f64(&S, testInput_f64, testOutput_f64, ifftFlag);
    & R% C9 b3 C+ g3 R' s* x

  30. + p* |& B: {' `  A
  31.     /* 求解模值  */ # |: I/ J- B4 t: H) ]3 Q
  32.     for (i =0; i < TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)8 D+ u) w7 k, n( w0 h8 {! ^
  33.     {
    : ^$ p) x4 v* h
  34.          lX = testOutput_f64[2*i];                    /* 实部*/
    # |2 \% r$ e$ q: q- W
  35.         lY = testOutput_f64[2*i+1];                   /* 虚部 */  
    ) j2 d+ j! W. G: o" }% G3 z8 [# d
  36.         testOutputMag_f64</span><span style="font-style: normal;"> = sqrt(lX*lX+ lY*lY);   /* 求模 */( \7 I4 B' c: |2 f' B7 a/ W
  37.     }  L6 g; d  E+ h2 C5 W. _/ i
  38. / O9 S4 x+ D) {$ d% w/ w+ V

  39. ; G3 G( y9 C2 j& r( G
  40.     printf("=========================================\r\n");   
    ( J( y& o2 U& m* ?+ d0 ^0 A+ @
  41. / t( ]% U) R/ ^% G# N; E- S
  42.     /* 求相频 */+ a2 a% r7 Y9 u
  43.     PowerPhaseRadians_f64(testOutput_f64, Phase_f64, TEST_LENGTH_SAMPLES, 0.5);$ \" t/ E  m; t6 o4 g# K+ v$ v
  44. - L0 h/ t3 l0 `& Y9 @
  45.   v4 a& ^* W  a( C# a
  46.     /* 串口打印幅值和相频 */
    7 k/ U; N! m: y  J
  47.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    " {, t( Q% m4 z2 w7 R* G
  48.     {7 l1 e: t" W/ l( i) {& T6 q
  49.         printf("%.11f, %.11f\r\n", testOutputMag_f64</span><span style="font-style: normal;">, Phase_f64</span><span style="font-style: normal;">);
    % l( p5 n2 J) g7 ]( t
  50.     }   
    ) f  N% w, F- F
  51. + f# U( g3 ^! Y; ~) ^5 i" D- D
  52. }</span></span>
复制代码

& }2 O& ~" }  g: z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。
& s/ n$ I# K# z  Y+ t; ~) u: G0 |8 s6 ~/ |( U  |; O0 F6 L( J
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:" I4 O. t9 ]3 r4 V- I7 N0 {
, B& X; R7 D# e7 W
  1. Fs = 1024;               % 采样率
    ; K$ }$ N" a/ [: V: m! A2 ]
  2. N  = 1024;               % 采样点数0 L- W. j' Z! C. L* C
  3. n  = 0:N-1;              % 采样序列/ H; ?$ o* h/ n5 z
  4. t  = 0:1/Fs:1-1/Fs;      % 时间序列0 ^! {4 {' w7 }4 K+ D5 H9 Q6 S2 Z
  5. f = n * Fs / N;          %真实的频率
    9 S' Y7 C' I3 r8 v$ _* N  z: J+ O" u
  6. 8 L0 k1 m: Q4 B) Q& z6 A
  7. %波形是由直流分量,50Hz正弦波正弦波组成
      O# C9 v" U/ {$ b* j4 X: D
  8. x = 1 + cos(2*pi*50*t + pi/3)   ;  
    4 T( {8 ?" {* V4 q
  9. y = fft(x, N);               %对原始信号做FFT变换+ h. n* e: e& b- a+ u2 Y
  10. Mag = abs(y);
    $ h/ \5 |7 }  h0 U% F0 s

  11. $ _4 s. T5 E: }$ D$ r" V" M
  12. subplot(2,2,1);5 o9 w2 \& {- i- N; B0 C
  13. plot(f, Mag); 1 c& R/ D' O' e: {4 C4 H
  14. title('Matlab计算幅频响应');; w- {7 k* M. D3 {  Q
  15. xlabel('频率');
    5 a" }* E+ E( y/ M
  16. ylabel('赋值');5 j; T  L, E5 s9 l9 [5 X8 }2 Y; E
  17. & w5 _, n0 A# R
  18. subplot(2,2,2);
    * c0 h' j1 m7 N0 ^0 U# k6 L( K' U
  19. realvalue = real(y);
    , O% N# Z" l, }  J9 m3 ~  V# ~
  20. imagvalue = imag(y);
      X- t) @0 w4 T1 `4 m
  21. plot(f, atan2(imagvalue, realvalue)*180/pi.*(Mag>=200)); ( v! ~3 m  i: @! `( z+ {! p
  22. title('Matlab计算相频响应');4 I+ m1 F% s% a5 M1 k
  23. xlabel('频率');' m, m% d; e  C2 ?6 x
  24. ylabel('相角');  V# C" P: B6 W* l& I* {; _6 s& c

  25. / i5 g+ ?  a1 Q$ j3 F" @6 B/ ^
  26. subplot(2,2,3);
    6 U4 C# |8 g4 O  ?  a3 }  o: `
  27. plot(f, sampledata1);  %绘制STM32计算的幅频相应4 @4 w9 p9 X" O3 f
  28. title('STM32计算幅频响应');2 ~9 a/ x# X* A: Z
  29. xlabel('频率');
    , S! E* P  X- f7 n& e8 s9 [; [4 H% T
  30. ylabel('赋值');
    . w5 @  O) M2 d9 b% f5 a5 A- ]+ @
  31. + ?" s0 Z& Y$ x: e& S
  32. subplot(2,2,4);6 E5 i9 ~4 l$ b( Z  R' x* o
  33. plot(f, sampledata2);   %绘制STM32计算的相频相应
    ; }# E* |9 l$ f% R9 O; ~
  34. title('STM32计算相频响应');
    5 T$ J' O1 X! g5 [% q& U  f+ X; L+ [
  35. xlabel('频率');4 a) K. O; N2 _+ B
  36. ylabel('相角');
复制代码

; K9 W- V  }: p* z9 f% e' n运行Matlab后的输出结果如下:  L5 r/ Z1 r3 r3 `: F, ^3 ]( N( L

0 ~1 J7 l2 A& m+ ?& X& g* B
8 R! m3 n- c# g' s# [5 D1 e: ?
- @9 c8 P6 p! M! S. j
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。
; u  v% v4 P& b- L4 r4 [7 p: q
9 A' J. d' q& Z! h& R0 y4 S& v31.5 实验例程说明(MDK)! K8 Q# T, @! P1 k" B9 |
配套例子:
" f6 E1 Z7 i7 t& M) iV7-221_实数浮点FTT(支持单精度和双精度)" o% X' X8 m; a+ K* Y" S8 Q$ u

8 U* I* @( n8 h- J8 C实验目的:& G9 I2 |2 j$ D( z7 b
学习实数浮点FFT,支持单精度浮点和双精度浮点

) _  Y9 q# A4 O& J
9 M5 a% ?, r- G2 f) A实验内容:
# X9 n2 C0 O: m# _启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
4 x1 ^. e5 C* X" L- M, x  N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 ^3 w$ c2 a- z5 R* D
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。

+ S' d$ q& Z' H8 g9 `5 E: [7 R8 r4 Y4 h: ?  w& j
使用AC6注意事项& O7 ^( w! y+ N# y" j
特别注意附件章节C的问题
7 @: n& h% [0 Y8 b4 C" L! u
$ O* B6 L2 Y3 ?4 N6 P$ G上电后串口打印的信息:
1 p  ~! |7 N/ X- ^* e. V+ h# q9 U& h, Y
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
' d, F2 i2 u/ r' w/ ~4 N2 W0 G5 P' ~; d$ k  Z
199205d2ec087204bbefbc30a2e7970c.png
9 L' c1 ]  {( L$ L  n" Z( D) b
# m9 N: F' v9 r$ |
RTT方式打印信息:: }' B- u  z" E- t8 {

: K: e' T0 a7 W% B$ k, ~+ ]
05f1908f26c43970ec18a90f1cf9b7ee.png

. S( ~9 o% S# C$ O! ~3 w  L' ^* B8 i, D2 q$ z* k% z. V
程序设计:
3 B& _' t, ]1 l) o& p6 D0 @" R& Z! h2 {* G' s4 y$ m+ X
  系统栈大小分配:- L7 }, j% K3 [* l4 }) d

5 T+ j1 @8 c6 j. o/ v$ G
4180787ba5c3e7bdebe2ff506ec8a1be.png
  u' V7 C) W# Z" Q- d& X9 n8 C: x

  u% p! C. m9 M8 l* N0 e& I, I  RAM空间用的DTCM:
3 \6 f4 c- R- w/ A' }" [7 S
9 J; Q. c4 A5 R6 k7 O
2542fff3d6df6157f24ab4674d5a7b20.png

' W4 N7 G; b8 O8 k
9 U) P: Z% S6 i3 v  硬件外设初始化! n5 Y" M, \, c' b" n6 x( O* Y
& \! ]0 X" P7 ]! L! w# w- x
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
1 r- e0 V+ a  p' h6 ^  p
$ a: H( W" }& r; c0 Y
  1. /*1 F+ y! |1 ?3 F% q7 g
  2. *********************************************************************************************************! U# X4 k1 e# F( ^7 W+ u
  3. *    函 数 名: bsp_Init" I9 P9 Z6 M; H* |+ B% O* r- `
  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; ^% _$ t1 ?! P: D+ D
  5. *    形    参:无
    6 O4 a; B$ P1 N! ~
  6. *    返 回 值: 无
    3 T7 e8 L( ~3 E0 Q
  7. *********************************************************************************************************
    $ y, I5 a7 D* u
  8. */
    ( J5 ]0 O/ J2 p  m# W+ G
  9. void bsp_Init(void)
    5 G" D# d9 \& H' F, @* M
  10. {/ A: \5 Y  I2 [8 m# _, x1 p
  11.     /* 配置MPU */
    ( _) {( V! o- y( }9 a1 V
  12.     MPU_Config();2 H0 f5 Y: [: m: B8 S' a
  13. 3 o; V6 T, U7 ^$ g  l( l
  14.     /* 使能L1 Cache *// M/ _. a$ j9 v; u: G) J
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    + e1 W9 ^3 n; X- X# T9 x

  16. 8 o* @$ K4 F* Z8 u/ ], R1 D
  17.     /* ' k" s; D2 j/ l/ I
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
    2 n( V7 B+ H9 o) S
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
    ( k1 w  T  z5 _* Q( ?5 g
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。; _  m2 h/ h' c( t- ?3 t1 R
  21.      */
    1 X- W7 M- n; Q
  22.     HAL_Init();
    4 G: F$ G7 Q* l& z9 j
  23. , N5 k$ ~* z5 a, L. p% E1 l7 X4 ?
  24.     /*
    # e3 o8 ]- Y$ s3 ]! `# r8 X# Q
  25.        配置系统时钟到400MHz
    % i' |0 z' @1 A- M, l
  26.        - 切换使用HSE。) n% I9 V+ g3 R
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    ( h0 P" w6 o+ A! |+ H: I6 m  c
  28.     *// ?2 G! V% `# `1 s+ B' V  O
  29.     SystemClock_Config();& k& a0 l4 f9 c0 Z9 N! L: a
  30. : {) c$ \; M* l! Z6 l, b8 V- ~
  31.     /* 5 D* M# t) Y2 C! `3 G; [8 a- I0 }$ D
  32.        Event Recorder:. U7 n/ y" \4 [
  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。
    % F% k. q% H, k' B; z. Q
  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
    + D1 E$ }/ P. J+ ^
  35.     */   
    4 b  n" X4 \+ m) [: v
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  
    & o8 R3 [! T4 w7 N5 l) U
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
    ! |3 ?0 C8 J# x) w. v( @1 Y, W
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);+ j! o2 l2 }  n0 M
  39.     EventRecorderStart();2 V5 p4 q( Y* @( e6 D- _
  40. #endif
    3 k  V8 ?3 N: q5 V8 x3 j7 h

  41. $ T% \& N- q- Y- @1 V7 p' V0 \2 j
  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 */# L* d5 ^( l  Y3 w1 L% W
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */% Z; \* h/ Z+ x% F$ z4 B9 A* D
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    6 A9 ]" d2 O" v
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    3 ~2 E! o& \6 F- F: X
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    # |1 Q! M* y; g+ m) ]6 B0 b
  47. }
复制代码

# f9 I* B% r7 U  MPU配置和Cache配置:
1 }. h% }4 `) {& r8 p2 z/ K: N0 k& f
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。. L- |. e" h  |. d# h4 i

3 l) o0 ~+ {5 t# [) T; X
  1. /*6 s, k% y" {8 s% V8 O
  2. *********************************************************************************************************
    $ w' ~7 Z/ v" D. s/ W
  3. *    函 数 名: MPU_Config- w, Q+ S& c/ T# Z8 W) R, J; }9 A
  4. *    功能说明: 配置MPU
    3 y5 B" d6 v( ?+ V+ `
  5. *    形    参: 无' |$ T$ D# A. f6 i) U$ L5 a/ E
  6. *    返 回 值: 无0 X2 n5 x$ `4 v1 w1 s
  7. *********************************************************************************************************
    , g& u% N' J& g, N* @- x
  8. */8 x+ A0 y+ i. i: S2 _
  9. static void MPU_Config( void )
    / z' s: A1 s! b0 {
  10. {4 ?9 y" Z/ ?! }) P7 `2 |
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;% j/ o" {# k+ @" u$ \2 H. x
  12. 6 K$ u4 l) b. c& n' h8 N4 Z
  13.     /* 禁止 MPU */
    + ~. P  B, W1 C8 r# _
  14.     HAL_MPU_Disable();
    2 B3 a' m" X  [2 P- k, k

  15. $ C( M% m# M# t# z
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */7 b# y/ Q4 s4 V6 V' i
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    ) U' {" W( C; v/ o3 \
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    * a* j" G! B. S: n* h% v) ?# ]
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;% D8 ^( X/ r. u, W* d( _7 d
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    , L3 N( Z; e& I( o
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    7 \4 c( y5 |* R6 [
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    $ a6 y* z2 d$ Z$ q
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    ! u8 b, g4 P& c' Y2 l! m; L
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;4 R7 g4 Z( B8 L5 E7 |% Y
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;% {; @7 M2 E  h  H+ g
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;7 U8 B9 V/ B  N4 G
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    . r( F2 R; [& c- ?9 r# {
  28. , H6 w! a( j9 V) \
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    / _: ?2 o3 v  {1 t8 ]
  30. : o9 @, L/ F* h# R& Q3 E" J, a; v
  31. & l/ x/ X: B% ]: p% X- ?; l5 _
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    8 F0 ~9 [8 M, P. r4 r# S2 D
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    ; Y* X+ r7 s+ A: S# _
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    3 b) \( W, L: Q$ \
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
    ! g, D$ {# }  J3 H* t5 p( D
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    + u5 |" F, m, k- h
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    ( W9 o$ `8 R/ v" B) _+ {
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
    % Y0 y1 `0 m$ v0 P9 F: P0 g$ C6 ?! Y2 f0 i
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;9 k' C# L7 Y2 e  E; k
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;* X0 {4 }3 d/ R2 |- [
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;0 i/ F0 @- T/ W' k
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    4 Z- I! z* G, X5 c) Z
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    , t- K+ l2 S0 p* m: h

  44. 0 L0 N) C- v7 t4 f4 z* T
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    ; ~0 |8 F9 d- N+ k
  46. : l- b2 D7 e: c* }
  47.     /*使能 MPU */3 |& f( Q4 |3 x) V: m" d3 m: E
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);8 `" a9 Y: Y  Q- L. r) a. ?7 b
  49. }* h% c& v8 G1 @; }
  50. , t6 D- N+ a/ A6 X. a3 D% y
  51. /*$ ~4 d6 N3 l" b& @# K) }
  52. *********************************************************************************************************
    7 S/ S+ Y) u2 f& V( x& d
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    5 P- G: d1 V( J
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache2 M- g1 [6 Z. D3 Y$ M
  55. *    形    参: 无
    " T6 P8 ^; q; U  `. s& V
  56. *    返 回 值: 无/ ~4 r! t5 `1 G
  57. *********************************************************************************************************( h  V& u7 `8 D6 n
  58. */
    7 _7 b3 o) N8 F, X; r2 F! d0 C7 t
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)/ X+ |9 v) O; a7 k9 ^5 j; f7 Q
  60. {6 M) ]5 i- H' l9 M# Y( v1 g
  61.     /* 使能 I-Cache */
    ( @& c* Y1 F+ e" v8 P
  62.     SCB_EnableICache();
    1 D' W" t! h! [/ c; f9 ?

  63. - l6 [1 G4 ?8 _3 ?3 r8 ]
  64.     /* 使能 D-Cache */0 |. v/ N. |( P% P
  65.     SCB_EnableDCache();1 J- X) k+ W6 M8 f4 `/ Y3 x
  66. }
复制代码
, D% D: |6 R: a1 _2 o
  主功能:
2 a5 A5 Z/ }! o4 U1 a6 V0 V
' x+ P* Y8 c9 E9 @  @* \" a# z主程序实现如下操作:
! i/ `# \  F* x4 I1 F  F# w; g& k5 L2 x+ ?7 B! [7 N$ y
  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
, B, c# V/ Q- _3 r- d7 t) V. d  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。/ T# T  h2 e* E$ I+ x$ F) L
  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。% l, ^* k' K$ S
  1. /*
    - N9 T6 ~, a! C; o
  2. *********************************************************************************************************' R$ A" B1 i, s+ J. k* U6 m
  3. *    函 数 名: main. z9 J0 w3 M6 s+ Y
  4. *    功能说明: c程序入口7 D- [6 F, E; {- [3 j2 x
  5. *    形    参: 无
    . z, z- S# F* D  b
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    8 q2 k+ B- n& |2 z, d" e6 e2 S
  7. *********************************************************************************************************  y( x0 V4 F7 ~7 h- |
  8. */
    ! x( ~6 f2 m2 c+ j
  9. int main(void)
    ! a. }$ z8 b! x8 ]" I7 |* s* y
  10. {- W0 C; s2 e, ~) p
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */3 V4 z  {6 @3 Z" M( ?

  12. 4 u7 Z. U9 i% T6 P; y: A( [

  13. , c( k6 a% C6 J
  14.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    ' {/ ?' h+ g( S3 Y9 s! {
  15.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */! \$ C3 h3 a- F- o9 _: F2 j3 }9 O

  16. + [+ x8 G; z$ l( d( d
  17.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    4 Y. L0 {/ h3 }, F

  18. % O, ?& `+ ]/ ]: x* ~/ k+ U
  19. # w' h2 @0 R( m! C
  20.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    ; M5 q) {+ Q7 g# O/ ^& q. A$ m0 \5 L

  21. : e7 i6 a  [4 z: h* {
  22.     /* 进入主程序循环体 */
    + m# V* ~0 d" H( i% c5 F+ y
  23.     while (1)
    - z7 P0 T. G2 }: c- T. @7 w
  24.     {
    " x/ ~5 D, P3 u/ o
  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# H& [" j4 f0 H

  26. 6 q% e+ e5 P- \+ i9 z

  27. 6 H/ ^' ]) x( ?4 x
  28.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    * T4 I1 L4 E# h5 B# q( z' q( p
  29.         {2 X# i: F1 w! _1 \
  30.             /* 每隔100ms 进来一次 */0 `5 T! |* f! `* y: V
  31.             bsp_LedToggle(4);    /* 翻转LED2的状态 */   ) q0 m8 d: `. m. I
  32.         }
    . p4 I# w' a: I& ?4 u9 s

  33. 8 J+ W4 H) b6 k1 l+ z2 I& D
  34.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
    ! M7 \: p+ q& z) r) ]( ^
  35.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)% T- f& m- T; N/ A5 y( [/ l2 R
  36.         {
    & d  y; o' n# ^$ i0 V
  37.             switch (ucKeyCode)8 r+ K) H. y; I& O  `& b, t
  38.             {1 B1 R; I4 D1 k; B* y3 s" f
  39.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */# C0 C  d3 i% J& z
  40.                     arm_rfft_f32_app();2 X( v4 p8 h- Z, S, Q9 g$ ~! Y  h0 H: j" K
  41.                     break;
    1 l3 j% s2 D) N* W. T8 R
  42. , M. T, ~. [4 k6 Y3 T
  43.                 case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下 */
    $ G( i7 O% ^. q$ C- ?, f
  44.                     arm_rfft_f64_app();
    - Y8 W& P( }% S: r' \) e3 [7 Q
  45.                     break;
    2 H8 o  U: `0 u. |

  46. * e% o' e( L' E0 Q1 o  G8 @. g0 Q

  47. : ?/ s+ k, _% \% F
  48.                 default:3 Y# a# N; Y# T/ o* M3 r1 D2 \" P
  49.                     /* 其它的键值不处理 */, k0 G/ _% w% [6 z- H8 c1 F
  50.                     break;
    5 }9 G) S2 ?) w0 B4 H
  51.             }
    , N) s5 N, {; o
  52.         }
    4 N5 y$ B+ y+ \) I( J' `

  53. % W# o0 A) ], G0 {6 v5 ]" T: l
  54.     }! y. _! v4 h( J" b- T
  55. }
复制代码
/ p/ _! m3 \' q. L
31.6 实验例程说明(IAR)
4 v) Z  }5 t! c" b' J; t; O配套例子:9 e/ Q( E& E: I% m* g
V7-221_实数浮点FTT(支持单精度和双精度)' [* t6 h/ }6 T' v' Z% [% U2 X
- w" E2 i) Q3 ^5 ?/ T) T
实验目的:
$ K$ T' J( y" [$ ^: h' ?" X- Z, J/ `学习实数浮点FFT,支持单精度浮点和双精度浮点. {. i& e& A' }+ [4 r+ F0 z

# [# l) W1 h3 U9 _1 Z0 s实验内容:7 d  m, S8 U* [* a. C
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。0 Y! V$ l$ o0 D1 Y4 L) ~) k
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/ k( Y6 L5 `0 o
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。
8 y9 f. e: f: ^
& C$ h) X, L' S& J* O6 s* R上电后串口打印的信息:
/ j; w& T7 r) w9 m& S# T$ j
  e  ]/ D; @3 d0 N  V+ a波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
- o3 i7 e* K! z& d
! n" N- a, M. L: k
677ed32df8e0375a0883a042d8f59529.png
" l: R7 q0 }1 j$ G, c
4 E# Z) `% E9 q4 D
RTT方式打印信息:6 J* ]0 r) K6 T/ y. Y- r

" ^) j% ?; O; a9 m$ W/ G
2 I/ b9 J. s# \# _( P5 U7 L$ U

& R7 W3 ~0 w8 e  j程序设计:* }' Q7 S8 f5 I1 G* z& R

% X( M. e8 z4 g* D0 J# s9 }0 @  系统栈大小分配:
- J- f; ^% R1 n% H. W2 A
; ]- h# A5 s: w  h
aadd439520e832f6c5bba6a2a6744134.png

3 S9 |& s* s0 T4 J- f6 x' K/ q
8 O9 J9 c& C% e. k( k  ?& R  RAM空间用的DTCM:3 [5 J# |# J. o1 s: e( q& v6 K
% e0 {+ }* z5 a7 l+ H
2a2fa9308d7e073fbcddc463dc35bcc3.png

) @' a: @+ v4 g* T# F
. t+ e4 b( T) U2 a9 v  硬件外设初始化
, w; V5 A5 B# }8 k
$ J6 e2 R5 X% I, P硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
* L. c- g8 |% l9 D" T/ d7 }
. k0 [* a; H2 p2 o4 s
  1. /*
    6 A6 Q! B, }+ W. ~! W
  2. *********************************************************************************************************
    / G8 A7 w6 O, {2 K# V- x7 u
  3. *    函 数 名: bsp_Init
    . k& K! i. h! c4 A& C& m$ a, Q
  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
    4 w- v2 F  ]5 }$ h% e  B. m8 D
  5. *    形    参:无
    # |0 H7 L# G( \( X+ h+ D5 ~; d: d
  6. *    返 回 值: 无9 \0 e3 V: U7 J) _4 E( J+ I# T
  7. *********************************************************************************************************' e5 [3 A! k( o# n0 q  I
  8. */2 g5 A1 `3 Q$ V+ G4 n& M2 W/ s
  9. void bsp_Init(void)# c) U- ~; B8 g( Q+ D2 q
  10. {
      i+ G* R+ R9 t2 e8 v0 g
  11.     /* 配置MPU */7 B) z" t$ z1 `! r9 u
  12.     MPU_Config();. o" R7 O" u# D2 t$ ~6 e* Y& P

  13. ; x& d; B# e( I7 _; S/ A7 O% |
  14.     /* 使能L1 Cache */
    - j. H( \$ s$ A9 x, }6 H4 W3 c
  15.     CPU_CACHE_Enable();
    ) ], w  Q7 {' y/ c0 f5 h* C/ C
  16. 6 R0 p6 Y& z5 H! x
  17.     /* / Y# l. [% w/ x( f
  18.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:& ^7 M3 d8 j6 ^. f4 O8 r
  19.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。8 L0 {/ R6 ^% O( S
  20.        - 设置NVIC优先级分组为4。
    6 t/ }+ H/ y% a& ~
  21.      */
    0 b! ?% N/ S2 F' g) S
  22.     HAL_Init();
    . I/ F* e! h1 |  M+ h% _! }$ F% p
  23. * K# C, o# e! _+ o6 H% B: `
  24.     /* ; q! X2 T# j6 p  J$ l3 a/ p
  25.        配置系统时钟到400MHz! i' M+ Z( _- @+ j' S2 q
  26.        - 切换使用HSE。2 X: \: [, a; t# H
  27.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。- n8 e* C  o. Y# {
  28.     */3 T+ g% d3 ]5 o8 a
  29.     SystemClock_Config();( Z' [6 h+ b! e  A7 M' p  O' x
  30. 9 g" X! }  W. u4 T# {$ Z7 a
  31.     /*
    9 C% d0 w# u0 ^3 ^+ f$ U' w
  32.        Event Recorder:
    " b1 q' `- L! u( s+ 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 |5 |* J3 i- E/ L" E; P. m( x
  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
    9 w: u+ u% d2 b* X/ `. N+ J+ b' }
  35.     */   
    3 F  N, W" ~. d; G! F# X6 H
  36. #if Enable_EventRecorder == 1  $ j6 C, `/ p9 @) r: M, u; [
  37.     /* 初始化EventRecorder并开启 */; L( W( ~* u* n, Z
  38.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    & ?/ c+ Y5 I. E- Q* o; e# c
  39.     EventRecorderStart();
    ) A2 E7 i  w6 h; \/ y+ g- x" W# A
  40. #endif2 O; c5 T% o2 u/ g
  41. # H7 i- M- Y. C2 X8 C1 s( e( m' L
  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 */
    2 Q6 M" W5 r7 T& N, Q
  43.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    % L3 B" @( J  U
  44.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    ( H3 T) {) T/ @: G
  45.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
    . g, r2 t2 u3 p* J+ `4 I+ d
  46.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    7 o" X9 L; i  f8 [' i
  47. }
复制代码
" B/ \* d. M% [9 c  p2 U2 ]
MPU配置和Cache配置:
3 h2 J& H' h* T, N
$ S- H: F3 w4 j, G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。" ]- `: Z; m( S# K

5 @( f% O; a' ?% C  e( c# T
  1. /*) w8 T% _# G! g$ H1 _% D4 f
  2. *********************************************************************************************************4 |  a7 x  ^: f5 M; f) k3 Q* g
  3. *    函 数 名: MPU_Config
    + M+ W; {: ^8 r
  4. *    功能说明: 配置MPU  K3 O9 t3 G" X4 r: y$ b3 J8 n
  5. *    形    参: 无
    + r. Z$ P$ w) g% H! N# q: l; e
  6. *    返 回 值: 无# H" C+ O& V$ G( H$ F' G9 C
  7. *********************************************************************************************************
    / Y/ H$ N$ U+ E9 n; g/ H  s7 x
  8. */
    $ i$ t/ S; q* O% x( S: V4 m/ l# J
  9. static void MPU_Config( void )
    : f) n( p( o8 W' n4 h% u% l+ C# V
  10. {
    # Y5 q) m5 w1 D5 l1 }
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;/ [3 H7 v3 S" N# k; K; {; w' K

  12. 6 s2 h: h5 E  V5 C
  13.     /* 禁止 MPU */
    + j3 c. U! G1 J
  14.     HAL_MPU_Disable();! S$ v* b9 [, V& x" L6 H: A* l5 _
  15. # D9 \) Y; m% o- K8 j
  16.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    , s1 R. M0 L; [4 b% a
  17.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    * N3 a, X& g; @' |: e" b, e
  18.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;' a4 J: I' ^# i# Y7 L4 o+ `- p
  19.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    0 y' S4 v) M+ H8 {" |
  20.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    % u4 N9 H9 {' D' I. G  p
  21.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;' D/ u9 f7 u7 p: v1 R6 E' n( m
  22.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    ! c* c0 I4 F' D- b! }1 |# H7 k1 ~/ q6 p
  23.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    * d* m  p  ^" f
  24.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;6 S; r0 p% S) q3 }7 ]8 k
  25.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    7 z1 `$ s" D. U2 o/ ~; H* ]' S& {
  26.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    ' h! a, S. p. h" I8 x5 \; \
  27.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    7 I$ |$ t, _& C4 i  V" [! o+ a

  28. * m1 p8 ~: E" L. T+ a, L2 V4 n5 i4 W
  29.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    5 p# E. y& z4 O% d0 O% U# w% e

  30. $ ?- \6 k0 K7 V- v
  31. / y! n# v" I5 i! o# F( \; U$ _
  32.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    5 C7 f" P: N3 i6 k* \: {, f: c( Q
  33.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    2 J& Z2 b! u3 O9 \3 i
  34.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;4 t' d6 Z% e6 H9 S3 Z
  35.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    2 k8 K7 B5 c& a  i
  36.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;5 w) _8 [0 V/ H0 X$ Q$ H1 ~5 }
  37.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    & ?* M% r, x6 X% N/ Q
  38.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    ! q# z0 k) m" M% n3 ?2 d  B
  39.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;2 L% Q) R4 v2 c' t( \4 j/ l
  40.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;) P) b, Q# g$ O0 j
  41.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;8 _5 ^  i% Y+ Z, ~( L4 c3 I" T
  42.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;! T# d* l8 }! I) }5 K
  43.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;/ I, _* T5 l: E6 v5 D. I# G

  44. / p9 d" j8 M* M2 U! q: Q. l
  45.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);8 h' n4 M* [1 @3 _: A2 c

  46. 6 u; @& o4 }/ U; W, h8 g; i9 g8 B
  47.     /*使能 MPU */
    5 V  u% ^, I: @7 N+ p
  48.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
    7 q  E' [& ^* e: ~% x' D
  49. }/ Z( m" E) B4 H9 t! i" Q/ `

  50. 6 K* C5 {, y" Y1 g" y. v
  51. /*
    8 M3 d" x* R' c8 ~. f9 A: ~8 j2 Y
  52. *********************************************************************************************************) W& m! L' m6 h& n
  53. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
    " {" C% @8 L: }$ o7 m9 J
  54. *    功能说明: 使能L1 Cache8 D, o0 q- d9 F8 J/ z; W
  55. *    形    参: 无
    9 {9 K2 c) o) h
  56. *    返 回 值: 无
    ' H& ^! t9 V. f! V( l% a
  57. *********************************************************************************************************7 n# ?/ I; b6 d3 h0 U
  58. */
    " V1 q; K5 s, U4 S$ P, R2 n3 Y" ~. W
  59. static void CPU_CACHE_Enable(void)# ~3 r- K( q1 d" c3 ^+ A0 T& \1 S
  60. {
    " X$ h: M- u7 F# O
  61.     /* 使能 I-Cache */
    . b0 S) a& ]& K4 Q0 \
  62.     SCB_EnableICache();+ Q9 j& P/ \& S) P# B

  63. * q8 |/ {6 N, z% N" `8 a
  64.     /* 使能 D-Cache */
    # b2 j5 P9 ?, H$ G2 f! m& H6 y
  65.     SCB_EnableDCache();# t1 E9 B9 o/ H& q- u
  66. }
复制代码

8 C" D8 {+ ^  M8 [; Q! [  主功能:
2 [. {0 S6 E8 }/ @# U( x
0 I* Q9 `! c6 G2 |  {: l主程序实现如下操作:
. \' v/ B# P5 Q4 O5 _
1 b  B1 _5 R4 Z* }$ k3 F2 t  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。1 h. y  g  I; g2 Q3 d
  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。
0 l/ O, q: p0 [6 g5 \  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。
, a( _+ _/ v  ~) a& s4 o
  1. /*
    2 T" W  N: C/ Y  s0 {  G
  2. *********************************************************************************************************; m( Y7 k/ L  g8 a! h# \+ t- q0 G
  3. *    函 数 名: main
    " Y) z: q7 _: S8 D  b$ j7 X
  4. *    功能说明: c程序入口
    ) I! l2 f" j$ Z
  5. *    形    参: 无( H: @2 c, n1 [' ?8 R
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
    & B( k+ R! m5 G% n2 d
  7. *********************************************************************************************************
    4 F; g5 ^; |+ f% I
  8. */6 d; z' I" S- E0 g. `
  9. int main(void)
    + f6 E& }8 x5 z0 ~& S! J' ]5 R
  10. {) K5 Q( X- _0 b+ _) [! i
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    . }" W; p6 f0 K5 J

  12. : i; C2 N% P4 r: C' O2 Y
  13. ' d. b) |8 z5 G5 G3 G: g+ J7 C
  14.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    7 M8 L  k* }( L
  15.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */
    " m7 [1 d. T3 u- A& @( F

  16. . ^/ {  b0 @' [5 F! B7 @4 A/ |
  17.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */- U! W) |. _/ U" W) L9 N
  18. : B2 e" ^! \; i( p5 f( J' O

  19.   M2 E% N7 \, e. U8 m9 M& d
  20.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    1 ^# y- n- l, O1 f% ]3 J& G1 m# \* S

  21. 2 H7 u& q0 `6 O+ U- M4 d
  22.     /* 进入主程序循环体 */
    * ^5 Z& X/ S) o  v, L) d
  23.     while (1)
    + A6 g3 f$ v: W/ R& x1 |
  24.     {+ M& j: u9 T7 H: X1 {: S9 Q
  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 */
    * m6 E' e) X/ J4 @% [
  26. 8 @4 h, K0 f. H+ e4 {" Y
  27. % i; w: Z" E8 a# L# J# z8 b
  28.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
    6 n9 l1 _' P2 G0 n
  29.         {# \1 H: {) Y  S: [
  30.             /* 每隔100ms 进来一次 */
    & y2 K" t3 S$ `  d
  31.             bsp_LedToggle(4);    /* 翻转LED2的状态 */   + C6 R& `. I# Y2 u5 Z  l4 x
  32.         }! w& T/ a# V6 t4 ~3 F! T( [6 j

  33. 0 ]0 \+ t& a9 ]1 J. E' z; N
  34.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */* \+ A% a$ G; _- E2 B) v5 x4 S
  35.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    + w: p+ T1 n. a% R" m4 x4 B
  36.         {4 t" s8 H2 `8 J
  37.             switch (ucKeyCode)$ F, ^: X% b$ b' o! }# z3 e" {
  38.             {; A+ J1 K. o- o' @) J- ], I
  39.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */' D' ^  [# T2 V8 T3 e8 ]& D" y. S
  40.                     arm_rfft_f32_app();
    5 o) e- `( i( S! ^% G
  41.                     break;
    ' ^7 w  I  F2 b% R  N3 o

  42. 0 x; W( t; N4 y, n* |' g
  43.                 case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下 */
    / S' L- j% \4 G- o# ~
  44.                     arm_rfft_f64_app();
    ; S: \9 Q1 s. d* c0 Y2 I* Z! a, B9 {
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本章节设计到实数FFT实现,有兴趣的可以深入了解源码的实现。
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