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【经验分享】STM32H7的FIR带阻滤波器实现(支持逐个数据的实时滤波)

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STMCU小助手 发布时间:2021-12-31 18:00
40.1 初学者重要提示
1、  本章节提供的带阻滤波器支持实时滤波,每次可以滤波一个数据,也可以多个数据,不限制大小。但要注意以下两点:

  所有数据是在同一个采样率下依次采集的数据。
  每次过滤数据个数一旦固定下来,运行中不可再修改。
2、  FIR滤波器的群延迟是一个重要的知识点,详情在本教程第41章有详细说明。

40.2 带阻滤波器介绍
减弱一个范围内的频率信号通过,让范围之外的频率信号通过。比如混合信号含有50Hz + 200Hz + 400Hz信号,我们可通过带通滤波器,让50Hz + 400Hz信号通过,而阻止200Hz信号通过。

eb07af4703783e5f46e002099968ab94.png


40.3 FIR滤波器介绍
ARM官方提供的FIR库支持Q7,Q15,Q31和浮点四种数据类型。其中Q15和Q31提供了快速算法版本。

FIR滤波器的基本算法是一种乘法-累加(MAC)运行,输出表达式如下:

y[n] = b[0] * x[n] + b[1] * x[n-1] + b[2] * x[n-2] + ...+ b[numTaps-1] * x[n-numTaps+1]

结构图如下:

90e8ce626ba20176e8f8a370fe3d3a24.png




这种网络结构就是在35.2.1小节所讲的直接型结构。

40.4 Matlab工具箱filterDesinger生成带阻滤波器C头文件
下面我们讲解下如何通过filterDesigner工具生成C头文件,也就是生成滤波器系数。首先在matlab的命窗口输入filterDesigner就能打开这个工具箱:

5e14332b29b2594dc996e0064ae98798.png


filterDesigner界面打开效果如下:

d1a63d0da79f50ac93f367c073710727.png


FIR滤波器的低通,高通,带通,带阻滤波的设置会在后面逐个讲解,这里重点介绍设置后相应参数后如何生成滤波器系数。参数设置好以后点击如下按钮:

35d982a9816fc3b4e4b3df474c264710.png


点击Design Filter按钮以后就生成了所需的滤波器系数,生成滤波器系数以后点击filterDesigner界面上的菜单Targets->Generate C header ,打开后显示如下界面:

220bb228e2f80fce9805e85e75e61d15.png


然后点击Generate,生成如下界面:

84a01de7e8391be7a8456ac6ad24f23e.png


再点击保存,并打开fdatool.h文件,可以看到生成的系数:

  1. /*
  2. * Filter Coefficients (C Source) generated by the Filter Design and Analysis Tool
  3. * Generated by MATLAB(R) 9.4 and Signal Processing Toolbox 8.0.
  4. * Generated on: 20-Jul-2021 12:19:30
  5. */

  6. /*
  7. * Discrete-Time FIR Filter (real)
  8. * -------------------------------
  9. * Filter Structure  : Direct-Form FIR
  10. * Filter Length     : 51
  11. * Stable            : Yes
  12. * Linear Phase      : Yes (Type 1)
  13. */

  14. /* General type conversion for MATLAB generated C-code  */
  15. #include "tmwtypes.h"
  16. /*
  17. * Expected path to tmwtypes.h
  18. * D:\Program Files\MATLAB\R2018a\extern\include\tmwtypes.h
  19. */
  20. /*
  21. * Warning - Filter coefficients were truncated to fit specified data type.  
  22. *   The resulting response may not match generated theoretical response.
  23. *   Use the Filter Design & Analysis Tool to design accurate
  24. *   single-precision filter coefficients.
  25. */
  26. const int BL = 51;
  27. const real32_T B[51] = {
  28.   -0.0009190982091, -0.00271769613,-0.002486952813, 0.003661438357,   0.0136509249,
  29.     0.01735116541,  0.00766530633,-0.006554719061,-0.007696784101, 0.006105459295,
  30.     0.01387391612,0.0003508617228, -0.01690892503,-0.008905642666,  0.01744112931,
  31.     0.02074504457,  -0.0122964941, -0.03424086422,-0.001034529647,  0.04779030383,
  32.     0.02736303769, -0.05937951803, -0.08230702579,  0.06718690693,   0.3100151718,
  33.      0.4300478697,   0.3100151718,  0.06718690693, -0.08230702579, -0.05937951803,
  34.     0.02736303769,  0.04779030383,-0.001034529647, -0.03424086422,  -0.0122964941,
  35.     0.02074504457,  0.01744112931,-0.008905642666, -0.01690892503,0.0003508617228,
  36.     0.01387391612, 0.006105459295,-0.007696784101,-0.006554719061,  0.00766530633,
  37.     0.01735116541,   0.0136509249, 0.003661438357,-0.002486952813, -0.00271769613,
  38.   -0.0009190982091
  39. };
复制代码

上面数组B[51]中的数据就是滤波器系数。下面小节讲解如何使用filterDesigner配置FIR低通,高通,带通和带阻滤波。关于Filter Designer的其它用法,大家可以在matlab命令窗口中输入help filterDesigner打开帮助文档进行学习。

2b24513b974f0554c59651f8b94b60da.png




40.5 FIR带通滤波器设计

本章使用的FIR滤波器函数是arm_fir_f32。使用此函数可以设计FIR低通,高通,带通和带阻

滤波器。

40.5.1 函数arm_fir_init_f32
函数原型:

  1. void arm_fir_init_f32(
  2.         arm_fir_instance_f32 * S,
  3.         uint16_t numTaps,
  4.   const float32_t * pCoeffs,
  5.         float32_t * pState,
  6.         uint32_t blockSize);
复制代码

函数描述:

这个函数用于FIR初始化。

函数参数:

  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
  第2个参数是滤波器系数的个数。
  第3个参数是滤波器系数地址。
  第4个参数是缓冲状态地址。
  第5个参数是每次处理的数据个数,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。
注意事项:

结构体arm_fir_instance_f32的定义如下(在文件arm_math.h文件):

  1.   typedef struct
  2.   {
  3.     uint16_t numTaps;     /**< number of filter coefficients in the filter. */
  4. float32_t *pState;      /**< points to the state variable array. The array is of length */
  5. numTaps+blockSize-1.
  6.     float32_t *pCoeffs;    /**< points to the coefficient array. The array is of length numTaps. */
  7.   } arm_fir_instance_f32;
复制代码

1、参数pCoeffs指向滤波因数,滤波因数数组长度为numTaps。但要注意pCoeffs指向的滤波因数应该按照如下的逆序进行排列:

{b[numTaps-1],  b[numTaps-2],  b[N-2],  ...,  b[1],  b[0]}

但满足线性相位特性的FIR滤波器具有奇对称或者偶对称的系数,偶对称时逆序排列还是他本身。

2、pState指向状态变量数组,这个数组用于函数内部计算数据的缓存。

3、blockSize 这个参数的大小没有特殊要求,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。

40.5.2 函数arm_fir_f32

函数原型:

  1. void arm_fir_f32(
  2. const arm_fir_instance_f32 * S,
  3. const float32_t * pSrc,
  4. float32_t * pDst,
  5. uint32_t blockSize)
复制代码

函数描述:

这个函数用于FIR滤波。

函数参数:

  第1个参数是arm_fir_instance_f32类型结构体变量。
  第2个参数是源数据地址。
  第3个参数是滤波后的数据地址。
  第4个参数是每次调用处理的数据个数,最小可以每次处理1个数据,最大可以每次全部处理完。

40.5.3 filterDesigner获取低通滤波器系数
设计一个如下的例子:

信号由50Hz正弦波和200Hz正弦波组成,采样率1Kbps,现设计一个带阻滤波器,截止频率125Hz和300Hz,采样1024个数据,采用函数fir1进行设计(注意这个函数是基于窗口的方法设计FIR滤波,默认是hamming窗),滤波器阶数设置为28。filterDesigner的配置如下:

c5d13a97f5445a4be6bd0adeda75b3a6.png


配置好带阻滤波器后,具体滤波器系数的生成大家参考本章第4小节的方法即可。

40.5.4 带阻滤波器实现
通过工具箱filterDesigner获得低通滤波器系数后在开发板上运行函数arm_fir_f32 来测试带阻滤波器的效果。

  1. #define TEST_LENGTH_SAMPLES  1024    /* 采样点数 */
  2. #define BLOCK_SIZE           1         /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */
  3. #define NUM_TAPS             29      /* 滤波器系数个数 */

  4. uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
  5. uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */

  6. static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
  7. static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
  8. static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存,大小numTaps + blockSize - 1*/


  9. /* 低通滤波器系数 通过fadtool获取*/
  10. const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {
  11.   -0.001822523074f,  -0.001587929321f,  1.226008847e-18f,  0.003697750857f,  0.008075430058f,
  12.   0.008530221879f,   -4.273456581e-18f, -0.01739769801f,   -0.03414586186f,  -0.03335915506f,
  13.   8.073562366e-18f,  0.06763084233f,    0.1522061825f,     0.2229246944f,    0.2504960895f,
  14.   0.2229246944f,     0.1522061825f,     0.06763084233f,    8.073562366e-18f, -0.03335915506f,
  15.   -0.03414586186f,   -0.01739769801f,   -4.273456581e-18f, 0.008530221879f,  0.008075430058f,
  16.   0.003697750857f,   1.226008847e-18f,  -0.001587929321f,  -0.001822523074f
  17. };


  18. /*
  19. *********************************************************************************************************
  20. *    函 数 名: arm_fir_f32_lp
  21. *    功能说明: 调用函数arm_fir_f32_lp实现低通滤波器
  22. *    形    参:无
  23. *    返 回 值: 无
  24. *********************************************************************************************************
  25. */
  26. static void arm_fir_f32_lp(void)
  27. {
  28.     uint32_t i;
  29.     arm_fir_instance_f32 S;
  30.     float32_t  *inputF32, *outputF32;

  31.     /* 初始化输入输出缓存指针 */
  32.     inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
  33.     outputF32 = &testOutput[0];

  34.     /* 初始化结构体S */
  35.     arm_fir_init_f32(&S,                           
  36.                      NUM_TAPS,
  37.                     (float32_t *)&firCoeffs32LP[0],
  38.                      &firStateF32[0],
  39.                      blockSize);

  40.     /* 实现FIR滤波,这里每次处理1个点 */
  41.     for(i=0; i < numBlocks; i++)
  42.     {
  43.         arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize),  outputF32 + (i * blockSize),  blockSize);
  44.     }


  45.     /* 打印滤波后结果 */
  46.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
  47.     {
  48.         printf("%f, %f\r\n", testOutput, inputF32);
  49.     }

  50. }
复制代码

运行如上函数可以通过串口打印出函数arm_fir_f32滤波后的波形数据,下面通过Matlab绘制波形来对比Matlab计算的结果和ARM官方库计算的结果。

对比前需要先将串口打印出的一组数据加载到Matlab中, arm_fir_f32的计算结果起名sampledata,加载方法在前面的教程中已经讲解过,这里不做赘述了。Matlab中运行的代码如下:

  1. %****************************************************************************************
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
  3. %***************************************************************************************
  4. fs=1000;                  %设置采样频率 1K
  5. N=1024;                   %采样点数      
  6. n=0:N-1;
  7. t=n/fs;                    %时间序列
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列

  9. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);       %50Hz和200Hz正弦波混合           
  10. b=fir1(28, [125/500 300/500], 'stop');   %获得滤波器系数,截止频率125Hz和300,带阻滤波。
  11. y=filter(b, 1, x);                        %获得滤波后的波形
  12. subplot(211);
  13. plot(t, y);
  14. title('Matlab FIR滤波后的实际波形');
  15. grid on;

  16. subplot(212);
  17. plot(t, sampledata);        %绘制ARM官方库滤波后的波形。
  18. title('ARM官方库滤波后的实际波形');
  19. grid on;
复制代码

Matlab运行结果如下:

916e866865e182e874925fe4e2fdc08f.png


从上面的波形对比来看,matlab和函数arm_fir_f32计算的结果基本是一致的。为了更好的说明滤波效果,下面从频域的角度来说明这个问题,Matlab上面运行如下代码:

  1. %****************************************************************************************
  2. %                             FIR带阻滤波器设计
  3. %***************************************************************************************
  4. fs=1000;                   %设置采样频率 1K
  5. N=1024;                    %采样点数      
  6. n=0:N-1;
  7. t=n/fs;                    %时间序列
  8. f=n*fs/N;                  %频率序列

  9. x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*200*t);  %50Hz和200Hz正弦波混合           
  10. subplot(221);
  11. plot(t, x);   %绘制信号x的波形                                                
  12. xlabel('时间');
  13. ylabel('幅值');
  14. title('原始信号');
  15. grid on;

  16. subplot(222);
  17. y=fft(x, N);     %对信号x做FFT   
  18. plot(f,abs(y));
  19. xlabel('频率/Hz');
  20. ylabel('振幅');
  21. title('原始信号FFT');
  22. grid on;

  23. y3=fft(sampledata, N);       %经过FIR滤波器后得到的信号做FFT
  24. subplot(223);                              
  25. plot(f,abs(y3));
  26. xlabel('频率/Hz');
  27. ylabel('振幅');
  28. title('滤波后信号FFT');
  29. grid on;

  30. b=fir1(28, [125/500 300/500], 'stop');  %获得滤波器系数,截止频率125Hz和300Hz,带阻滤波。     
  31. [H,F]=freqz(b,1,160);                  %通过fir1设计的FIR系统的频率响应
  32. subplot(224);
  33. plot(F/pi,abs(H));             %绘制幅频响应
  34. xlabel('归一化频率');        
  35. title(['Order=',int2str(28)]);
  36. grid on;
复制代码

Matlab显示效果如下:

73baea66269631da516a74e98da45b88.png


上面波形变换前的FFT和变换后FFT可以看出,200Hz的正弦波基本被滤除。

40.6 实验例程说明(MDK)
配套例子:

V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)

实验目的:
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波

实验内容:
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。

使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。

9820ba6145f7d8a3406f4cccd06e4b4c.png


RTT方式打印信息:

803e36294ac8bbc76428bcbe5613d79d.png


程序设计:

  系统栈大小分配:

ec342c78f71466987e218f42f92187c5.png


  RAM空间用的DTCM:

7f807913bee995db3a40e79477f226c9.png


  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: bsp_Init
  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
  5. *    形    参:无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. void bsp_Init(void)
  10. {
  11.     /* 配置MPU */
  12.     MPU_Config();

  13.     /* 使能L1 Cache */
  14.     CPU_CACHE_Enable();

  15.     /*
  16.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
  17.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
  18.        - 设置NVIC优先级分组为4。
  19.      */
  20.     HAL_Init();

  21.     /*
  22.        配置系统时钟到400MHz
  23.        - 切换使用HSE。
  24.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
  25.     */
  26.     SystemClock_Config();

  27.     /*
  28.        Event Recorder:
  29.        - 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。
  30.        - 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
  31.     */   
  32. #if Enable_EventRecorder == 1  
  33.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
  34.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
  35.     EventRecorderStart();
  36. #endif

  37.     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 */
  38.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
  39.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
  40.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
  41.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
  42. }
复制代码

  MPU配置和Cache配置:

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。

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: MPU_Config
  4. *    功能说明: 配置MPU
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. static void MPU_Config( void )
  10. {
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

  12.     /* 禁止 MPU */
  13.     HAL_MPU_Disable();

  14.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为关闭读Cache和写Cache */
  15.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
  16.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
  17.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
  18.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  19.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT _BUFFERABLE;
  20.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT _CACHEABLE;
  21.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  22.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
  23.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
  24.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
  25.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

  26.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);


  27.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
  28.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
  29.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
  30.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
  31.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  32.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
  33.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
  34.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  35.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
  36.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
  37.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
  38.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

  39.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

  40.     /*使能 MPU */
  41.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
  42. }

  43. /*
  44. *********************************************************************************************************
  45. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
  46. *    功能说明: 使能L1 Cache
  47. *    形    参: 无
  48. *    返 回 值: 无
  49. *********************************************************************************************************
  50. */
  51. static void CPU_CACHE_Enable(void)
  52. {
  53.     /* 使能 I-Cache */
  54.     SCB_EnableICache();

  55.     /* 使能 D-Cache */
  56.     SCB_EnableDCache();
  57. }
复制代码

  主功能:

主程序实现如下操作:

  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: main
  4. *    功能说明: c程序入口
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. int main(void)
  10. {
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
  12.     uint16_t i;


  13.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
  14.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */

  15.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */

  16.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
  17.     {
  18.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
  19.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
  20. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
  21.     }


  22.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */

  23.     /* 进入主程序循环体 */
  24.     while (1)
  25.     {
  26.         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 */


  27.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
  28.         {
  29.             /* 每隔100ms 进来一次 */
  30.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
  31.         }

  32.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
  33.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
  34.         {
  35.             switch (ucKeyCode)
  36.             {
  37.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
  38.                     arm_fir_f32_bs();
  39.                     break;


  40.                 default:
  41.                     /* 其它的键值不处理 */
  42.                     break;
  43.             }
  44.         }

  45.     }
  46. }</span></span>
复制代码

40.7 实验例程说明(IAR)
配套例子:
V7-228_FIR带阻滤波器设计(支持逐个数据的实时滤波)

实验目的:
学习FIR带阻滤波器的实现,支持实时滤波


实验内容:
启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。


使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。

70f3399c2aa9dec61c38503cb279463f.png


RTT方式打印信息:

3216bf4356cb1b680117bbddb4f062e0.png


程序设计:

  系统栈大小分配:

6c0034e2c114417bc42c84b776059e2e.png


  RAM空间用的DTCM:

636fab000c9dcaaef2a3c37cf6bb28b3.png


  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: bsp_Init
  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
  5. *    形    参:无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. void bsp_Init(void)
  10. {
  11.     /* 配置MPU */
  12.     MPU_Config();

  13.     /* 使能L1 Cache */
  14.     CPU_CACHE_Enable();

  15.     /*
  16.        STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
  17.        - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
  18.        - 设置NVIC优先级分组为4。
  19.      */
  20.     HAL_Init();

  21.     /*
  22.        配置系统时钟到400MHz
  23.        - 切换使用HSE。
  24.        - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
  25.     */
  26.     SystemClock_Config();

  27.     /*
  28.        Event Recorder:
  29.        - 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。
  30.        - 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
  31.     */   
  32. #if Enable_EventRecorder == 1  
  33.     /* 初始化EventRecorder并开启 */
  34.     EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
  35.     EventRecorderStart();
  36. #endif

  37.     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 */
  38.     bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
  39.     bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
  40.     bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */   
  41.     bsp_InitLed();        /* 初始化LED */   
  42. }
复制代码

  MPU配置和Cache配置:

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。

  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: MPU_Config
  4. *    功能说明: 配置MPU
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 无
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. static void MPU_Config( void )
  10. {
  11.     MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

  12.     /* 禁止 MPU */
  13.     HAL_MPU_Disable();

  14.     /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
  15.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
  16.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
  17.     MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
  18.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  19.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
  20.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
  21.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  22.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
  23.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
  24.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
  25.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

  26.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);


  27.     /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
  28.     MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
  29.     MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
  30.     MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;   
  31.     MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  32.     MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
  33.     MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;   
  34.     MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  35.     MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
  36.     MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
  37.     MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
  38.     MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

  39.     HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

  40.     /*使能 MPU */
  41.     HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
  42. }

  43. /*
  44. *********************************************************************************************************
  45. *    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
  46. *    功能说明: 使能L1 Cache
  47. *    形    参: 无
  48. *    返 回 值: 无
  49. *********************************************************************************************************
  50. */
  51. static void CPU_CACHE_Enable(void)
  52. {
  53.     /* 使能 I-Cache */
  54.     SCB_EnableICache();

  55.     /* 使能 D-Cache */
  56.     SCB_EnableDCache();
  57. }
复制代码

  主功能:

主程序实现如下操作:

  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  按下按键K1,打印原始波形数据和滤波后的波形数据。
  1. /*
  2. *********************************************************************************************************
  3. *    函 数 名: main
  4. *    功能说明: c程序入口
  5. *    形    参: 无
  6. *    返 回 值: 错误代码(无需处理)
  7. *********************************************************************************************************
  8. */
  9. int main(void)
  10. {
  11.     uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
  12.     uint16_t i;


  13.     bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
  14.     PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */

  15.     PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */

  16.     for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
  17.     {
  18.         /* 50Hz正弦波+200Hz正弦波,采样率1KHz */
  19.         testInput_f32_50Hz_200Hz<span style="font-style: italic;"><span style="font-style: normal;"> = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) +
  20. arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
  21.     }


  22.     bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */

  23.     /* 进入主程序循环体 */
  24.     while (1)
  25.     {
  26.         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 */


  27.         if (bsp_CheckTimer(0))    /* 判断定时器超时时间 */
  28.         {
  29.             /* 每隔100ms 进来一次 */
  30.             bsp_LedToggle(2);    /* 翻转LED2的状态 */
  31.         }

  32.         ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
  33.         if (ucKeyCode != KEY_NONE)
  34.         {
  35.             switch (ucKeyCode)
  36.             {
  37.                 case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
  38.                     arm_fir_f32_bs();
  39.                     break;


  40.                 default:
  41.                     /* 其它的键值不处理 */
  42.                     break;
  43.             }
  44.         }

  45.     }
  46. }</span></span>
复制代码

40.8 总结
本章节主要讲解了FIR滤波器的带阻实现,同时一定要注意线性相位FIR滤波器的群延迟问题,详见本教程的第41章。



收藏 评论0 发布时间:2021-12-31 18:00

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