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本篇内容将简要分析STM32自带的DSP库文件，其用汇编语言编写，代码执行效率明显优于C语言，ST公司封装好了了库文件，我们不必看懂其汇编代码，只要会调用接口函数即可。 1,代码分析 首先我们需要在一个已经建立好的工程文件里添加如下编译路径： 工程需要添加的文件如下图： 
$ s% d$ y1 S0 d+ C. e3 t 为了产生fft变换信号，我们可以自己产生个采样信号：使用三角函数生成采样点，供FFT计算，fx = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs)。: R" k- j' S0 f$ F
模拟采样数据,采样数据中包含3种频率正弦波：50Hz，2500Hz，2550Hz， lBUFIN数组中，每个单元数据高字(高16位)中存储采样数据的实部，低字(低16位)存储采样数据的虚部(总是为0)。% k$ |, N2 f# L& w! s0 y
其中dsp_asm_init()函数的作用是产生采样信号，实际工程应用中我们使用的是ADC采样的处理值。dsp_asm_test()函数的作用是进行FFT变换，并计算各次谐波幅值。具体代码参见下面：
' D; ?1 p8 r9 w$ D- f% P! ]- 1 /*+ h5 h1 L7 q& J1 Z. R5 k4 i# O
- 2 *********************************************************************************************************
5 y( S9 Q" v' B2 n! ` @ - 3 * MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE
* [' b& L6 `' r0 P - 4 *
: l, L8 j6 ^% Z+ o% K - 5 * (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL$ B4 |3 w+ J/ M$ x: o" Y
- 6 *
/ I; q1 h7 `3 H0 }( j9 M - 7 * All rights reserved. Protected by international copyright laws.
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3 N7 V. [% j" g - 11 ********************************************************************************************************** e" y" u& c% P% n% {
- 12 */
% @' f0 c/ a4 k6 p" l - 13 7 B% z$ U* V4 G
- 14 /*
! h/ \! R4 K. e( h# z) ^1 l# T: U* S - 15 *********************************************************************************************************
. h8 C c& [' f! y! [ - 16 */ J$ _* l% }' }7 X" I' J2 [
- 17 * BOARD SUPPORT PACKAGE
1 e7 [" d9 f2 s - 18 *# J4 L3 \% u. D: s5 s3 E
- 19 * ST Microelectronics STM328 S4 n8 \' c1 E- C9 Q% H e, o+ z5 R
- 20 * with the
* V7 b( _. v+ V8 U1 T - 21 * STM3210B-EVAL Evaluation Board
, d+ j3 p# b: I ?) N1 M - 22 *
! u9 c- q e2 C' b5 z - 23 * Filename : bsp.c, \& B9 Y: ]: X& D% d$ U# n/ w [
- 24 * Version : V1.00. j3 P( T$ k1 `7 V1 a4 @2 `
- 25 * Programmer(s) : Brian Nagel& Y; O& B2 z! S
- 26 *********************************************************************************************************( s$ q# W0 ?& Y$ z* ~9 r+ f
- 27 */
% V$ x- h1 Q; R3 g$ i - 28 : y" A" h* Z+ Y9 L
- 29 /*) ?% J2 q1 q1 w# H; C& b2 G( v: [
- 30 *********************************************************************************************************
6 `. p- h* W; R9 [ - 31 * INCLUDE FILES
& B. \" F; y% ~& e# d - 32 *********************************************************************************************************8 ^: I, g; S4 B
- 33 */8 u# C- f" W7 B7 I% V* v% A% {
- 34
% F+ ~, C' y% h" n - 35 #define DSP_ASM" n7 Q- F0 M$ r
- 36 #include "stm32f10x.h") I, ^5 U# M( F$ g
- 37 #include "dsp_asm.h"( j- ^) {3 \4 H& @2 [3 W+ u R1 c
- 38 #include "stm32_dsp.h" U5 D) m! q p3 p& K1 S/ u# w2 A; K/ ~
- 39 #include "table_fft.h"
0 _3 o' `& [7 c0 d0 Q% E0 k4 I; y - 40 #include <stdio.h>
( F% w% z" [$ ]* ]. j& ] - 41 #include <math.h>
% J( I: q. t: J+ P+ t7 x - 42 - |' G. D* v$ U* Z0 r L* t9 a
- 43 % k- n; v' ~9 o$ q, X
- 44 /*
' l# e6 v3 X# {8 C: `0 B - 45 *********************************************************************************************************
+ w' Q/ k# O0 W o; j - 46 * LOCAL CONSTANTS1 H! O6 p2 q( R% B8 M! h
- 47 ********************************************************************************************************** W7 I; p% N3 n+ _* @/ _
- 48 */% g% A; G( d; v) c6 C" C- A7 A. A& {
- 49 #define PI2 6.28318530717959% T$ e- E- _" j8 F! y" O N2 ^
- 50 #define NPT_1024 10249 h1 L0 Y: ~% E! c
- 51 //#define NPT_256 2565 T" v; `+ E! E$ c
- 52 //#define NPT_1024 10249 N" [- f5 p+ d! s1 U% o/ b4 C' R5 N
- 53
6 t1 l$ d) Z$ |/ d0 G) t - 54 // N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz
1 S* S4 \2 |0 F7 }9 T; Q3 d - 55 #ifdef NPT_642 B' J9 ]& B+ }5 E! N# q/ \
- 56 #define NPT 64: o* d; A6 |0 w! \; V
- 57 #define Fs 3200
% u o3 G9 A: X7 m8 x7 P* f8 _' h! c - 58 #endif
" [7 [% [; \$ Y- _8 L# m9 k ]% E - 59
% h: M9 W/ Q" i% t! y6 n L' i - 60 // N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz% u+ j9 v2 v" D& b/ O
- 61 #ifdef NPT_256* E1 y$ c% y- M1 A
- 62 #define NPT 256& F/ g, U& \- F/ v
- 63 #define Fs 6400/ V( e: F% S' r$ A
- 64 #endif
( [1 Y& R; ]- x( I2 i# F - 65
( b/ c; M! Y5 g! p6 x5 {7 H/ {: f. z( B - 66 // N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz; V: E: \0 ^. D( g6 d& Y* P x
- 67 #ifdef NPT_10249 m9 t! f' i* z+ [8 B
- 68 #define NPT 1024) \, X2 j- j/ ?: M# v2 ?6 d/ Z4 Y
- 69 #define Fs 5120# q/ p0 m! }$ n* S
- 70 #endif
+ J7 o! U' a' Z' e$ f - 71
. N, K3 \ ]& w: [) K3 U - 72
- N# k- A7 Y% W! J+ H9 b - 73 /** W c- i) z" u, L
- 74 *********************************************************************************************************1 H" c5 [9 v% \) `
- 75 * LOCAL DATA TYPES
) E- U5 W6 H+ _ - 76 *********************************************************************************************************
3 s9 }) N$ B5 q* S - 77 */
; L2 e0 j8 A2 y' l2 K - 78
, R, a. F% L" ^" y - 79 , `( u! A9 v9 l4 J# K1 \
- 80 /*
6 a# ]# Y: P9 C# q* M8 M. x - 81 *********************************************************************************************************
1 k: N! g( u, F' X/ y& O, Z# ~( F - 82 * LOCAL TABLES
, `6 u% G% F" C' t% W; T4 [ - 83 *********************************************************************************************************1 E# u! F4 e% o1 d
- 84 */
1 @' h4 {! i# F# W - 85
" X- n( D, _+ l# C( O/ G. i# l - 86 6 F0 U: Y2 Q. c
- 87 /*
0 z, F' r4 V6 V: S6 l9 | - 88 *********************************************************************************************************6 V9 O% p5 r1 Y) C( H# I
- 89 * LOCAL GLOBAL VARIABLES
, j% S, t/ M& G2 Y& g" O* R - 90 *********************************************************************************************************
% r- ^4 `% O7 A7 R7 B - 91 */: P& {! B: U7 ]" v3 H
- 92 long lBUFIN[NPT]; /* Complex input vector */
) @. ]5 U) j3 a - 93 long lBUFOUT[NPT]; /* Complex output vector */2 }: ~. M/ ]; n
- 94 long lBUFMAG[NPT];/* Magnitude vector */
0 X% F3 |, X2 Q0 p' s; Z - 95 /*$ v" l! K% k5 H/ a. T1 \9 l5 {% ~7 }
- 96 *********************************************************************************************************" ` [. \( \0 @) j$ d" q
- 97 * LOCAL FUNCTION PROTOTYPES& s( e$ q5 P4 G( ^* ^9 K
- 98 *********************************************************************************************************
3 Y% l0 o4 b$ R2 }3 ^! I - 99 */ z0 K1 Q4 y1 b2 U& d
- 100 void dsp_asm_powerMag(void);. i, y% U, N1 X# G. ?3 j
- 101
( l! V M( n0 S$ X" x' ~ - 102 /*
* ?+ ]3 H7 g# i8 C ~' ^1 R8 r! e - 103 *********************************************************************************************************/ Z G( t, l8 O% T4 {4 g
- 104 * LOCAL CONFIGURATION ERRORS
# {( _7 l! B: B - 105 *********************************************************************************************************
! m, k d9 n: N- s - 106 */
) l* c9 ]( T9 [( G' _( p9 N6 } - 107 5 O6 M8 L+ U$ M' o: H, d. i% F
- 108 I: [& N7 Q7 G6 z; ?& V
- 109 /** m7 l# S- E5 A+ O# Y) L
- 110 ******************************************************************************************************************************2 c! o3 w) Y# g& j" D
- 111 ******************************************************************************************************************************
8 L1 ~6 O3 V+ E6 } - 112 ** Global Functions: C( [% v; z! { H# W7 O
- 113 ******************************************************************************************************************************
. T0 B+ P7 D4 _0 B4 ~- B: b8 c - 114 ******************************************************************************************************************************' S7 H: x" z2 K% f4 Z9 s+ ^
- 115 */
4 A& H/ z. }* B0 @9 T" Y - 116
: E0 {* U3 P, p* ^. y8 J - 117 void dsp_asm_init()/ c( _ r% I% u# k& v
- 118 {! H7 b; N4 t C
- 119 u16 i=0;
7 P) M) _# w; u0 D - 120 float fx;4 W0 O0 B z- i, v0 e/ `
- 121 for(i=0;i<NPT;i++)
) o! P. J8 \ u - 122 {
' m& l% E0 Z0 [* W6 O! k5 u" ^# o - 123 fx = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs);. m+ `/ W7 Z! ^6 C
- 124 lBUFIN[i] = ((long)fx)<<16;1 O9 r# C1 @# f: }( ~
- 125 }
, R$ H4 g! G ~# W- ? - 126 }5 ?* [6 Z9 N& M
- 127
" |0 w+ Q* L1 x2 T - 128 void dsp_asm_test()
2 |7 ]2 U3 ?! t" C, q A* D - 129 {% [! \% V+ f k* u' Q, r
- 130 3 G M [/ }; Q7 A% e) b3 ^
- 131 #ifdef NPT_64
1 G3 ~% h0 X0 \7 A - 132 cr4_fft_64_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);
8 x" M4 x3 X# w6 k5 ? - 133 #endif0 w' Z% r: L* |! P
- 134
4 x2 h1 X# c) l4 b; ^# p1 p% }" B+ N - 135 #ifdef NPT_256- D# M6 e) w2 w. N: E" W+ f
- 136 cr4_fft_256_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);) P$ I1 ~1 i1 \& g' |
- 137 #endif3 e" F2 \( e; n) K% {! T/ U# u
- 138 4 S6 I6 B {, A; D
- 139 #ifdef NPT_1024
8 u- r) z$ O/ I0 b - 140 cr4_fft_1024_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);# ^ D$ O. K, U4 q$ a
- 141 #endif) ~! o( m r7 x! {; Z
- 142
6 {! h8 q% m# N& S# }7 z. y% K: [ - 143 // 计算幅值
I0 L; i# K+ p* j7 ?+ h - 144 dsp_asm_powerMag();
/ S5 X }# S2 { - 145 : P" {. a/ h( c/ Q8 f
- 146 }8 T: Q) Q" h$ k3 Z: i' M
- 147 ; f+ l* K! Z3 `) x
- 148 void dsp_asm_powerMag(void)
6 s P5 D+ Y* l" H/ R - 149 {7 P! f3 ^% r: S$ k* X
- 150 s16 lX,lY;
& q5 `& J+ @7 ~ V - 151 u32 i;
3 Y+ S8 O& h Q' [; m/ ` - 152 for(i=0;i<NPT/2;i++)3 o& {. ]7 D* h) g) E
- 153 {
# A8 | ^" s2 J- y9 c - 154 lX = (lBUFOUT[i] << 16) >> 16;
6 ^; R. d+ E# x6 h - 155 lY = (lBUFOUT[i] >> 16);3 v3 ]. s! y4 Q- @4 q/ Q {6 F
- 156 {: e' X6 H! V% v3 o ^. `) j7 N
- 157 float X = NPT * ((float)lX) /32768;
) L/ }/ v- i4 m3 I& h - 158 float Y = NPT * ((float)lY) /32768;6 |' _' z! J2 e9 Q6 g* |
- 159 float Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT;) e" ^9 `# B. D! G) C# M8 V
- 160 lBUFMAG[i] = (u32)(Mag * 65536);: g* [; d+ J9 ^" B
- 161 }# g; o! @- r6 U% R- |
- 162 }$ F- |# c( x3 b
- 163 }
- 1 /*
5 U4 W$ f; m: ?/ t - 2 *********************************************************************************************************
/ L7 G" a0 Y4 d& ~4 {% h - 3 * MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE, n j* d! u! n( y
- 4 *4 U0 ^! W% B" I$ i) |
- 5 * (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL
, _# Y0 `, X* _ - 6 *
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- 11 *********************************************************************************************************
) e* |) J2 M# z( ^& ` - 12 */
+ b; T+ Z/ r" a- a, A9 H7 { - 13
7 D8 K+ c3 ]6 L% Y" w& L - 14 /*# n. V' r8 M& M: B7 s
- 15 *********************************************************************************************************8 u% ]9 K* s8 k" u, U9 x7 e
- 16 *& _: J! x) E2 f4 P# q
- 17 * BOARD SUPPORT PACKAGE
: B$ m% B( N/ ~6 R. M( y2 I1 P - 18 *1 D& M% N* @5 j$ }9 l& j d, T
- 19 * ST Microelectronics STM32
, A( R+ o* C, @ _( C0 _6 F - 20 * with the- u. R9 ^* x2 ?! o
- 21 * STM3210B-EVAL Evaluation Board
* `$ L' R- `" j/ ? | - 22 *" ~0 P6 ]7 a8 x' G$ w
- 23 * Filename : bsp.h4 t; w3 ?6 H8 }$ r
- 24 * Version : V1.00
' y# }& x9 s$ \5 [ - 25 * Programmer(s) : Brian Nagel; X% ?+ I5 |2 ?" A3 Q1 Q$ N2 x% s: e
- 26 *********************************************************************************************************
. p; w5 R7 V" W2 k) f* o( B, W - 27 */
4 ~ ~0 d" N8 F2 S6 M% t - 28 % Y8 m7 o2 g3 j4 O# v
- 29 #ifndef __DSP_ASM_H__
, j; v+ z6 f+ d - 30 #define __DSP_ASM_H__
" X; K4 K: N! Q6 o& Q! p - 31 8 M- G% T# `: Y" A N0 Y8 V$ o4 G
- 32 /*
( `+ S9 N& s; [5 h+ Y6 g+ {8 ` j( j - 33 *********************************************************************************************************
1 n" l! l. N5 G+ W! T6 W - 34 * EXTERNS
: b$ L+ A7 N' N3 Q4 s \. ^' { - 35 *********************************************************************************************************
9 m T% g- p, u6 m4 L/ p - 36 */; o! X+ |! r7 G* [7 n
- 37 " G' ^* _+ N$ W: V( S( W+ K# a9 B( U
- 38 #ifdef DSP_ASM
0 `! \$ H! J( Y - 39 #define DSP_EXT. A$ |7 U. R+ T8 D
- 40 #else* k i0 Z l& I9 Z }9 E* U
- 41 #define DSP_EXT extern, |: x& q3 x) s
- 42 #endif0 G& ~, [. }" m. T* {8 f/ j# D$ Q
- 43
5 B F) R1 d! |& |% q+ N' V/ U - 44 /*
# V8 r7 d3 a. u! t3 M; r& n K, U& R - 45 *********************************************************************************************************
# Z' I$ F4 v$ G/ L9 j - 46 * INCLUDE FILES
, |& e$ {$ a3 E - 47 *********************************************************************************************************( g1 d) }$ J/ Y% H4 f8 ]/ T
- 48 *// W; u% }/ v( t$ o; ~7 [4 T
- 49 ) ]" }: \4 y$ p! J) G
- 50
4 F1 I$ m* ^" y# [! ] - 51 0 k8 g2 |" D9 ?! w8 o) M0 z) }! A: _, n f
- 52 ( b* X2 p; h2 R
- 53 /*) v+ W# o8 n1 S& o2 e8 E
- 54 *********************************************************************************************************
) C! z. a( u6 m6 Y - 55 * GLOBAL VARIABLES8 [# A+ Q) M, [* \+ J y) o* P; W
- 56 *********************************************************************************************************
) y/ ]! D& @5 M: K2 s4 q V - 57 */7 t9 Q! T% ~, S' f8 _
- 58 " t5 u2 z/ l# H7 i6 E* F$ N1 v
- 59 % Q5 R% k' k( ]* N- ^9 O) F1 `
- 60 /*
2 S5 }* p! Y. ?: I; `' g7 \8 g - 61 *********************************************************************************************************$ A! x: _+ ~- s- b7 g/ l
- 62 * MACRO'S
" b( a+ L" ^, m4 m: C - 63 *********************************************************************************************************
, {+ M8 b, Y+ { X* q0 _ - 64 */! f4 y$ o ^& Y% e; D
- 65
! }. y1 G1 A% }) g, @ - 66 5 W) ]: w, x6 g0 }" V' M& C) @3 m, r
- 67 /*
9 f$ u3 b4 E) J9 ]4 d A6 q u4 S - 68 *********************************************************************************************************5 g/ ?8 {0 k/ l1 X
- 69 * FUNCTION PROTOTYPES# W5 E1 ~ u( d, U( W+ T
- 70 *********************************************************************************************************, l6 m h4 L) I/ V. b1 Y
- 71 */9 a* t' h" ?6 t& A
- 72 - U; g2 a0 ~2 u/ X
- 73 void dsp_asm_test(void);3 w6 M7 E- A1 i* T: E, ]1 l
- 74 void dsp_asm_init(void);
$ v( `6 j; G) ?! M/ Q; b" v+ c - 75
) M! z) @" A/ G' i0 _; F - 76 #endif /* End of module include. */
着重分析下dsp_asm_powerMag()函数的作用，其函数就是求幅值，首先定义的的一个16位的有符号的数据IX 和IY 这两个只是中间变量，然后定义的i，是32位的无符号型。语句的目的是Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT。但直接这么写不符合DSP的计算习惯也就是不符合浮点运算的习惯。因此语句在for函数i写道 lX = (lBUFOUT << 16) >> 16 就是取32位的i的低16位数据，lY = (lBUFOUT >> 16);是取高16位数据。下面的两句/ z* k9 }6 g- a- o: @
float X = NPT * ((float)lX) /32768;
9 B2 h- n: b1 K. h float Y = NPT * ((float)lY) /32768! D+ v; A* w# ^( W2 |: O6 J7 T' @
目的就是把数据浮点化，至于为什么是除以32768 。可以这么说，浮点化就好像10进制里面的科学计数法。32768=2的15次。除以32768也就是去除了浮点数后面的那个基数，只剩下前面的。比如1991 改写成1.991*10的三次幂，再除以10的三次方，只剩下1.991，便于余下的运算。至于最后一句要乘以65536是因为我们定义的数据和我们需要求得的数据都是无符号32位的，之前已经把32位的数据拆开又分别浮点化了又开了个根号，所以再把它变回来 只需要乘以2的16次，也就是65536.比如说问你什么时候生日，你说是19911030，然而DSP是不习惯这么干的，他需要把它拆开为1991和1030。再写成1.991x10的3次方和1.030x10的3次方。然后才能进行其他的运算。
2 S: c, i5 Q; P# E" W }) ? 这里是ST公司采用了DSP专用芯片（主要是指TI）的写法，也就是说尽管DSP的芯片类型很多，数据变量的定义也各有差异，但原理是一样的，最终还是要采用DSP习惯的运算方式。至于为什么一定要采用浮点运算，因为机器是傻子，然而TI公司的工程师是天才。 main函数中我们只需在while（1）前加上dsp_asm_init(); dsp_asm_test();即可。
1 u/ l2 F$ |; B# h2，实验现象 注意FFT运算结果的对称性，也即256点的运算结果，只有前面128点的数据是有效可用的。 ① N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz，64点FFt，采样率3200Hz,频率分辨率50Hz，测量最大有效频率1600Hz 64点FFT运算结果图（局部）： 上图中，数组下标X对应的谐波频率为：N×Fs/64=N×3200/64=N*50Hz. lBUFMAG[1] 对应 50Hz谐波幅值。 上图中由于FFT分辨率50HZ，最大只能识别1600Hz谐波，导致结果中出现错误的数据。 ②N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz，256点FFt，采样率6400Hz,频率分辨率25Hz，测量最大有效频率3200Hz# C* }: w. q) ?& e. W
256点FFT运算结果图（局部）： 上图中，数组下标X对应的谐波频率为：N×Fs/256=N×6400/256=N*25Hz. lBUFMAG[2] 对应 2×25 =50Hz谐波幅值 lBUFMAG[100] 对应 100×25=2500Hz谐波幅值 lBUFMAG[102] 对应 102×25=2550Hz谐波幅值 ③N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz，1024点FFt，采样率5120Hz,频率分辨率5Hz，测量最大有效频率2560Hz 1024点FFT运算结果图（局部）： 上图中，数组下标X对应的谐波频率为：N×Fs/1024=N×5120/1024=N*5Hz. lBUFMAG[10] 对应 10×5 =50Hz谐波幅值 lBUFMAG[500] 对应 500×5=2500Hz谐波幅值 lBUFMAG[510] 对应 510×5=2550Hz谐波幅值
$ \" d4 ?- q p 总结：该工程中模拟信号源为：4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs)。 信号为1个50Hz、1个2500Hz、1个2550Hz的正弦波混合信号，幅值为均为4000。
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STMCU小助手
发布时间：2022-1-15 21:53
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