【经验分享】STM32F4 基于库函数移植DSP源码“DSP简介及工程创建“

STMCU小助手 · 2022-07-06T07:05:09+00:00

DSP简介& N: \ L1 K, S4 y! H5 N STM32F4 采用 Cortex-M4 内核，相比 Cortex-M3 系列除了内置硬件 FPU 单元，在数字信5 Z; x/ _; F" A- j1 ^7 D/ f, }. G 号处理方面还增加了 DSP 指令集，支持诸如单周期乘加指令（MAC），优化的单指令多数据指& B9 H% S. R/ |* i; X+ P+ n 令（SIMD），饱和算数等多种数字信号处理指令集。相比 Cortex-M3，Cortex-M4 在数字信号处2 G; i, l, G0 P( H 理能力方面得到了大大的提升。Cortex-M4 执行所有的 DSP 指令集都可以在单周期内完成，而, D# O' x* { A6 \* ] Cortex-M3 需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能: o* m G. }! ~4 v' B J ( N# u! d+ F7 y( D0 H) `9 v0 K 以上都不重要。重要的是，它运算快就完了！！！具体多快，我们后面会有相应测试 $ n7 W j* g, a+ K' o3 T8 c . }) ]4 D' x& t0 |5 }一、可供移植的DSP文件 0 M3 g! ]' e$ P& m, F* v/ {0 s& sSTM32F4 的 DSP 库源码和测试实例在 ST 提供的标准库，详细路径为：光盘→8，STM32 ! t. a1 b' p' @& Z7 O7 ^2 j l. `, n参考资料→STM32F4xx 固件库→STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→' i, O4 e6 {+ |5 t* I5 q DSP_Lib。 ' Q' v) i8 j* m/ Z- JDSP_Lib 源码包的 Source 文件夹是所有 DSP 库的源码，Examples 文件夹是相对应的一些% Z. y' ~( z0 z# i 测试实例。这些测试实例都是带 main 函数的，也就是拿到工程中可以直接使用。接下来我们一. l- p! L& k: s1 q; o5 W: q 一讲解一下 Source 源码文件夹下面的子文件夹包含的 DSP 库的功能。 1 l2 `3 H& O6 C. y" n$ r 2 |$ _! s; y. G7 R0 x7 P- kBasicMathFunctions " U6 b2 e4 F( [, B% K+ w; @, Z& c2 K基本数学函数：提供浮点数的各种基本运算函数，如向量加减乘除等运算。 : [, J/ _9 o3 j! m; W6 F$ J& g2 }- z& z) b% _( W! H( i$ a; s CommonTables 4 h' s8 C7 }1 |3 m, `9 ^9 U: p+ narm_common_tables.c 文件提供位翻转或相关参数表。. ~0 j- I0 A/ T( _& x8 o+ \ % k7 }% t! U. {! c& N qComplexMathFunctions" Q* X/ l: x1 u4 M9 j- O/ f 复杂数学功能，如向量处理，求模运算的。9 s! X3 U3 c& k! x- r( P# O5 R 9 u( q, a) L# g2 u+ d/ I( n ControllerFunctions 9 }3 f, C' W |7 d6 a0 T% a控制功能函数。包括正弦余弦，PID 电机控制，矢量 Clarke 变换，矢量 Clarke 逆变换等。- D" f) h: m4 Y; X8 \5 Z 9 Q& H8 Q( D8 d( q q; a FastMathFunctions- o2 ?" |8 r6 a( H 快速数学功能函数。提供了一种快速的近似正弦，余弦和平方根等相比 CMSIS 计算库要快. e/ y3 l R2 q$ K8 E5 s( l 的数学函数。 ( w- m6 ^# N$ {# `, Z' L5 _& k% w2 J 0 }8 b4 k7 d" s! NFilteringFunctions d9 v$ m' {. p+ h 滤波函数功能，主要为 FIR 和 LMS（最小均方根）等滤波函数。 0 c% X3 s( O9 z9 R8 d1 K- R4 ~* Q+ B: c MatrixFunctions + V7 T: t4 N4 K矩阵处理函数。包括矩阵加法、矩阵初始化、矩阵反、矩阵乘法、矩阵规模、矩阵减法、! f% O' U: k2 a 矩阵转置等函数。 5 x( l9 k5 j8 g/ x8 A" \4 v 7 x7 T' v$ E# C* C+ w- V8 ]6 }& qStatisticsFunctions 8 e% x. j T2 b% l3 F; e. Y. S统计功能函数。如求平均值、最大值、最小值、计算均方根 RMS、计算方差/标准差等。6 Z0 l( `1 Y' W! t9 b$ @ ; q9 Z0 p& S) I' X" O SupportFunctions + b3 ^; _4 t j* _0 v- X2 d支持功能函数，如数据拷贝，Q 格式和浮点格式相互转换，Q 任意格式相互转换。( F% d( I. y! p4 p 3 J: N3 b5 V5 o4 W6 O0 M TransformFunctions" z& q& o1 e5 W$ m 变换功能。包括复数 FFT（CFFT）/复数 FFT 逆运算（CIFFT）、实数 FFT（RFFT）/实数 9 c% J# F% s$ {% kFFT 逆运算（RIFFT）、和 DCT（离散余弦变换）和配套的初始化函数 8 Y( Y% B& l! W+ Q- ? h 1 q7 O4 ?' W5 L0 }!!! 所有这些 DSP 库代码合在一起是比较多的，因此，ST 为我们提了.lib 格式的文件' C: p- u M# O; z .lib 格式文件路径：光盘→8，STM32 参考资料→STM32F4xx固件库→STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→Lib→ARM。根据自己的需求选择不同的.lib文件。 ' s/ a$ m+ w" O* E我们所用的STM32F4 属于 CortexM4F 内核，小端模式，应选择：arm_cortexM4lf_math.lib(浮点 Cortex-M4 7 q3 S* y+ x* r3 _$ {( \小端模式)。 2 j) ?4 T3 g! J% a3 f" e0 |示例：pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。, O2 n" g' r: s6 ]( A: r7 w # U' P! N9 j. z% ^% W2 ]二、arm_cortexM4lf_math.lib7 D! @# @6 M- l, c3 d# r7 V 1.可使用的DSP函数6 G8 ^ C# D! k. w- Q4 M' d1 V 我们打开.lib文件可看到，里面存有编译后的.o文件，也就是提供可使用的DSP函数。 # p& | g2 E9 t8 A根据函数名可以粗略了解其含义，也可以度娘搜索DSP函数XXX，即可查到其含义。' M+ v5 g7 g' r% E. t6 T 后续将在实验中一一讲解。# i/ d6 l9 b- l9 Z ) l- P3 a/ m9 U( I: k代码如下（示例）：! `& n+ \$ W# ? 0 A+ H: {# u# D+ f/ e, A+ k, Y3 U arm_dot_prod_f32.o/ ! D" U4 ]# |& y. j4 y1 r8 Marm_dot_prod_q7.o/ % O; V _# Y- N. n0 Larm_dot_prod_q15.o/, Q$ r6 {% f$ c5 H arm_dot_prod_q31.o/5 I/ T; X3 \* b& J arm_negate_f32.o/3 Z$ {! l2 T* _: E- u' a6 N arm_negate_q15.o/ # z }3 j% |6 ^3 carm_negate_q31.o/: A, O: a6 D' M arm_offset_f32.o/ " v9 I% r% Y9 u& Oarm_offset_q15.o/ & f8 b$ b5 ~+ H- ?, |! n, zarm_offset_q31.o/ . W% [# u9 u' @& g1 _9 earm_cmplx_conj_f32.o/ + M& a) ~& G9 n% s: j0 e; m* @arm_cmplx_conj_q15.o/0 y# g. S$ d3 M arm_cmplx_conj_q31.o/ # p6 a7 T9 j5 T. Z" Carm_cmplx_dot_prod_f32.o/ + u' _: a4 L6 C' n2 W Warm_cmplx_dot_prod_q15.o/# N- G2 r! y( \ U* n arm_cmplx_dot_prod_q31.o/ / E# R, s/ Y4 parm_cmplx_mag_f32.o/5 Q, n& ^9 I4 I# `- K arm_cmplx_mag_q15.o/ $ W! \" O" L. ]3 L! ?9 k8 Harm_cmplx_mag_q31.o/ # A# d( ?7 L! n% X! Z" b6 t. Rarm_cmplx_mag_squared_f32.o/4 e+ I- g) U# X8 w. G7 ` c arm_cmplx_mag_squared_q15.o/ . t( V5 ~ y2 D% b$ u* i' G3 Warm_cmplx_mag_squared_q31.o/ , o" ]8 Z2 I" T* ~arm_cmplx_mult_cmplx_f32.o/ ' M* e( a1 T, i+ warm_cmplx_mult_cmplx_q15.o/5 x* w4 w6 |$ t. u* Q% m4 { arm_cmplx_mult_cmplx_q31.o/6 e( u) ]& _" H& _$ `7 h+ y arm_cmplx_mult_real_f32.o/ a) P% A7 A3 G0 qarm_cmplx_mult_real_q15.o/ V' b4 \. ^6 Xarm_cmplx_mult_real_q31.o/7 b8 |) V# w4 s- M arm_biquad_cascade_df1_32x64_init_q31.o/& h/ c8 \& W( Z7 j arm_biquad_cascade_df1_32x64_q31.o/1 H; F& @! O2 f. I: C. m" y, t* W arm_biquad_cascade_df1_f32.o/ . t/ s1 Q! D/ `! Y$ `arm_biquad_cascade_df1_fast_q15.o/ " \5 Y8 r( k# xarm_biquad_cascade_df1_fast_q31.o/5 F1 k! _/ S+ F' h. T8 y arm_biquad_cascade_df1_init_f32.o/ , |3 u$ n7 F. J- V" Iarm_biquad_cascade_df1_init_q15.o/ 7 H' q" f6 s0 M, n& u- e* Carm_biquad_cascade_df1_init_q31.o/ n; p" ?: J1 j/ }2 P2 t% F arm_biquad_cascade_df1_q15.o/ # n' `, `3 f( s+ O' u8 k$ farm_biquad_cascade_df1_q31.o// `; e0 \8 t/ {5 O( ? arm_biquad_cascade_df2t_f32.o/ . t7 q0 X% o9 L' d4 aarm_biquad_cascade_df2t_init_f32.o/ 6 X$ W2 ^; `6 e" b7 `& aarm_conv_fast_opt_q15.o/ 0 I% [4 z3 k2 O/ N0 @/ J$ Carm_conv_fast_q15.o/ : M$ z5 U& j0 f3 B! V* Oarm_conv_fast_q31.o/ 4 F$ K* u6 Z" g* ^7 J L$ Earm_conv_opt_q7.o/ # G8 L. w$ c1 p8 H+ Warm_conv_opt_q15.o// y! Z: R4 }( \6 x( q8 L5 T5 F1 D arm_conv_partial_f32.o/ ! V1 o0 Y& H7 s2 F( W0 farm_conv_partial_fast_opt_q15.o/; w* Y5 S5 x5 v0 q/ T. \. K arm_conv_partial_fast_q15.o/$ t4 V; {( D' h0 }) A arm_conv_partial_fast_q31.o/ + I9 Q! L1 @8 g$ u- R7 n0 D2 Qarm_conv_partial_opt_q7.o/( d+ ^" |7 M ?( `# a arm_conv_partial_opt_q15.o/$ @7 |3 ^1 b; R1 d2 d8 P; W- h' o8 W arm_conv_partial_q7.o/ ; D+ y8 V% i' |# O8 earm_conv_partial_q15.o/0 \, s7 B* C4 k7 ^1 Q arm_conv_partial_q31.o/ ; I* P; s, X+ t0 @$ D4 q- X& u0 [arm_correlate_f32.o/ ; `) m: k3 n |( Q. l, p- harm_correlate_fast_opt_q15.o/ ) B# v- l* X3 A' b3 t1 narm_correlate_fast_q15.o/ F7 h, _' a3 [# a, c8 P6 M4 n& X: [arm_correlate_fast_q31.o/ ( j! Z& z4 l6 L) Yarm_correlate_opt_q7.o/" A. G- @/ I' L4 c9 M arm_correlate_opt_q15.o/ : M9 K6 J: R0 X% }8 M farm_correlate_q7.o/, D4 J2 G4 `5 b+ }1 {3 f9 y, P arm_correlate_q15.o/ & N7 z: p6 a9 sarm_correlate_q31.o// N; H- r* G, C% I5 M* h arm_fir_decimate_f32.o/ 3 L7 E( j c7 \, |; P. r- C* ~5 Earm_fir_decimate_fast_q15.o/7 s2 z, w- v8 K% @ arm_fir_decimate_fast_q31.o/9 ]# @! \, B% ]3 Q4 t5 Y1 L arm_fir_decimate_init_f32.o/ & _: z' d( J9 Q0 w" g( r" narm_fir_decimate_init_q15.o/ " Z1 B8 {3 |* W/ i% aarm_fir_decimate_init_q31.o/ $ |+ q& d" P+ D- n; d1 b% Aarm_fir_decimate_q15.o/! y. v( z; O5 M# ]7 x arm_fir_decimate_q31.o/ 7 ?8 p! [7 Z' d. ^arm_fir_fast_q15.o/3 L; S7 p4 U2 u* I2 c' |9 k arm_fir_fast_q31.o/ ! ` U2 W4 B9 ?! a% B5 Aarm_fir_init_f32.o/ * h: t& {% J8 z! [7 o5 harm_fir_init_q7.o/ , ~: [1 o9 W$ T" Larm_fir_init_q15.o/ ) x. x0 J: J' ]0 E- @1 F( earm_fir_init_q31.o/ $ u: P8 o, x5 s |. n' B! @8 Larm_fir_interpolate_f32.o/# [0 [. }9 F5 Y% q! V8 | arm_fir_interpolate_init_f32.o/ " u9 \' ^: Q X8 Jarm_fir_interpolate_init_q15.o/( C' B# \3 _1 `( m. l* O- b arm_fir_interpolate_init_q31.o/ / u& E. |( L1 u$ j' a2 N; l" g$ b. zarm_fir_interpolate_q15.o/; L# ?' L1 I5 h! ?( }( o arm_fir_interpolate_q31.o/ : x$ l$ V# u$ n8 f% Varm_fir_lattice_f32.o/ ) H8 @0 J) r* w5 _% M; x3 jarm_fir_lattice_init_f32.o/ # H- u0 Z* W% w; y, A+ L8 Marm_fir_lattice_init_q15.o/, W6 q! t8 a: s/ \& c6 x; w/ s arm_fir_lattice_init_q31.o/( e r. S! J% m6 \ arm_fir_lattice_q15.o/ ' [* S t- Q( z6 |- p$ E' harm_fir_lattice_q31.o/ , q/ S; _) q7 M- B, a( ?arm_fir_sparse_f32.o/ , ^8 \% R+ h; N" Larm_fir_sparse_init_f32.o/ # M( {) [1 h9 @5 i$ D5 G; Uarm_fir_sparse_init_q7.o/ # O/ }+ l9 l) i0 H8 |6 barm_fir_sparse_init_q15.o/ " y# S6 v+ }9 _3 O3 \arm_fir_sparse_init_q31.o/! d4 [- o7 S3 |& a G arm_fir_sparse_q7.o/ 4 R* O9 Z& e3 M* qarm_fir_sparse_q15.o/9 }$ ~) _0 @0 r/ d* H' y% T& C4 i arm_fir_sparse_q31.o/1 s. n, }2 k) r; A+ a4 H" f arm_iir_lattice_f32.o/$ Y+ W6 E. Y& M2 f! Q arm_iir_lattice_init_f32.o/ # s9 g" g% P: ]& [- T9 }; `( h) earm_iir_lattice_init_q15.o/ ) |# Q) e+ |6 h# S5 b5 [" karm_iir_lattice_init_q31.o/ 8 }9 M* U$ H( I* }# X: t% R* Oarm_iir_lattice_q15.o/ " b5 A0 F V9 {+ ~# _9 Farm_iir_lattice_q31.o/ 9 d# v" `$ i8 c7 h1 @arm_lms_init_f32.o/ 8 k, D, M* @5 sarm_lms_init_q15.o// Y7 Y2 o- W: v1 A6 {7 z arm_lms_init_q31.o/4 e ^5 K. X; A1 E; j$ l$ B arm_lms_norm_f32.o/ * _+ \ \, G E$ U2 yarm_lms_norm_init_f32.o/ 2 w4 j8 G% G1 G: e. O1 y1 b9 sarm_lms_norm_init_q15.o/ 4 P" ~1 g3 U0 ~8 Q2 Aarm_lms_norm_init_q31.o/! s( H% `0 _0 f# ~( D% I arm_lms_norm_q15.o/ $ z' N2 S% V/ K5 K7 Garm_lms_norm_q31.o/ g$ y( ]2 n& L arm_mat_add_f32.o/3 z" w; p5 |1 @) ^$ ?( { arm_mat_add_q15.o/ 1 N/ ^* `4 q N1 v$ Marm_mat_add_q31.o/# _1 D/ K t4 A! H arm_mat_init_f32.o/ : Q8 h2 [0 g- P9 w/ A parm_mat_init_q15.o/# T, D3 x! i1 l% W* C a1 X arm_mat_init_q31.o/2 O) L; [4 S3 e8 Q arm_mat_inverse_f32.o/ ; O+ F. p3 y! ^4 `arm_mat_mult_f32.o/ ! x4 [6 Y( n$ C8 P- ?arm_mat_mult_fast_q15.o/ ( \4 z' c. P1 a, sarm_mat_mult_fast_q31.o/ 5 r) i& y; E5 u6 I' ]arm_mat_mult_q15.o/ 6 ]+ _% q" w# Y4 |9 n: g- E, Warm_mat_mult_q31.o/ , K! d, M( A* \# w5 D' @5 ~9 Varm_mat_scale_f32.o/ $ ]6 [6 {" n- W7 A T8 X, x1 ]arm_mat_scale_q15.o/ 8 r- ]' O* w, z# h8 Parm_mat_scale_q31.o/ 6 F2 u6 Z0 u& V! F" ~* ]2 @% z; J parm_mat_sub_f32.o/ 7 [6 I% u6 h4 carm_mat_sub_q15.o/( g# A) T x8 N$ O- V arm_mat_sub_q31.o/9 ?. O) }& a0 S; G: _, M/ o* k, K4 p arm_mat_trans_f32.o/% r$ K: a6 Q- m6 t) V arm_mat_trans_q15.o/ ; w6 \' E! s2 Y+ e5 parm_mat_trans_q31.o/: P) R2 a' x) V% ?+ v arm_bitreversal.o/ " u# j. v8 A' `* C+ Narm_bitreversal2.o/ 8 S0 k( [. k0 b4 [: j; G! t7 L( varm_cfft_radix2_f32.o/ ! I. J0 O4 ^% s* Iarm_cfft_radix2_init_f32.o/ # ~1 r8 _" [4 rarm_cfft_radix2_init_q15.o/2 z6 r" q! V% C; p( Q. U. V arm_cfft_radix2_init_q31.o/ * f& d% ?% t; x0 g' j8 B6 ~7 e9 t5 Zarm_cfft_radix2_q15.o/ # d R. p( E, X8 f; b1 _' |arm_cfft_radix2_q31.o/ 8 a. q8 _3 Y. G7 o5 l1 Uarm_cfft_radix4_f32.o/ % K( i/ P1 M7 U/ L7 M; I; w. r _arm_cfft_radix4_init_f32.o/% o& U C3 ~. ~8 s! K arm_cfft_radix4_init_q15.o/& i. o' C) t* q, ^& G arm_cfft_radix4_init_q31.o/ r- g3 {+ X" c) i k- Sarm_cfft_radix4_q15.o/ + B3 ? b! d: ?# V: ^, `arm_cfft_radix4_q31.o// P2 F6 R% I0 V3 w arm_cfft_radix8_f32.o/+ r. h7 h) G$ J7 `. G$ a) E+ S: U2 p arm_dct4_init_f32.o/5 |; m2 h* f2 D* v+ R& [2 | arm_dct4_init_q15.o/$ \8 `) E0 \: n9 E$ a+ s1 J& J arm_dct4_init_q31.o/3 N; o, M9 p5 T$ l; n0 e9 O* ~ arm_rfft_fast_f32.o/ 7 c! I( i7 X9 R7 I, Tarm_rfft_fast_init_f32.o/8 J: J( Q; G5 F8 z& P, W E arm_rfft_init_f32.o/ ' [ X! K% w& J( sarm_rfft_init_q15.o// w7 A$ l: S; y arm_rfft_init_q31.o/ * w; h/ o8 ^% J& R6 X' e* uarm_pid_init_f32.o/, x( b& ^4 j k( x4 i' j, t arm_pid_init_q15.o/) Y0 T' \6 R+ D; C arm_pid_init_q31.o/ . N) y9 Z# r; p: Q6 \arm_pid_reset_f32.o/5 V" { N1 k* w# W: ~ arm_pid_reset_q15.o/' S" p, F1 Y% s. |# o2 a arm_pid_reset_q31.o/ 5 f" ~& i0 D$ s/ w9 O& [9 Marm_sin_cos_f32.o/. Z: ?# f8 d3 [ arm_sin_cos_q31.o/0 Y5 f0 U. z' D2 k arm_float_to_q7.o/8 e4 m% ~. Q$ ]' C6 t( k# t arm_float_to_q15.o/7 Q" b: e$ v6 f. Z' X9 L arm_float_to_q31.o/4 L0 I) o; A' m' c+ u! ?: A5 f- } arm_q7_to_float.o/7 s6 }0 {6 T" `5 C6 _" |/ I arm_q15_to_float.o/: t- L* f% A' \6 ]8 O6 Q- u0 m arm_q15_to_q31.o/ 5 Z# q3 p" ~ a1 E' ^arm_q31_to_float.o/ & @0 d; n4 C4 B. K* B1 earm_q31_to_q15.o/ , ^% T# A% h* Rarm_common_tables.o/复制代码" A7 c9 }4 `/ ]- }" q 2.工程移植7 V0 F$ I" ?! Z" q 1、添加文件。 # x l0 R7 Y9 J- z# y7 I6 ^: x2 {首先，我们在例程工程目录下新建：DSP_LIB 文件夹，存放我们将要添加的文件：arm_cortexM4lf_math.lib 和相关头文件，然后，打开工程，新建 DSP_LIB 分组，并将 arm_cortexM4lf_math.lib 添加到工程里面。 0 c+ }5 \ W* u ; W# L [: x$ b2、添加头文件包含路径 ( t0 T# V/ ]+ L A' n添加好.lib 文件后，我们要添加头文件包含路径，将第一步拷贝的 Include 文件夹和 DSP_LIB 4 Q6 F! Q3 B6 F, e文件夹，加入头文件包含路径。 ; Z( u6 j$ R' |& I& x Q / m, C+ X- e/ D3、添加全局宏定义: K4 ~' _$ V( Q& C 最后，为了使用 DSP 库的所有功能，我们还需要添加几个全局宏定义：* L" B* b7 A) c 1，__FPU_USED $ [- a4 B5 Z. {4 X+ Q2，__FPU_PRESENT! o' I$ m7 f5 P. o+ ~ 3，ARM_MATH_CM4, { c9 p! j. v+ z$ M 4，__CC_ARM( ^1 ~( {1 F: F2 S6 z# D+ n* r( U 5，ARM_MATH_MATRIX_CHECK# d1 e8 Y5 g+ {8 y% c 6，ARM_MATH_ROUNDING+ e9 w3 }/ O; P6 n D3 c9 | ( @, v& p& \* _ . {, Y5 r H0 i$ h, W5 U# \5 f: y; s) R! {: _4 e 这里，两个宏之间用“,”隔开。并且，上面的全局宏里面，我们没有添加__FPU_USED， 9 M! \. D9 h2 X/ d4 u" @7 }因为这个宏定义在 Target 选项卡设置 Code Generation 的时候（上一章有介绍），选择了：Use FPU5 G: g6 y `4 z) R2 Q1 }4 B （如果没有设置 Use FPU，则必须设置！！），故 MDK 会自动添加这个全局宏，因此不需要我们 0 Q( r& r! D+ D! r1 }7 A: [) I手动添加了。同时__FPU_PRESENT 全局宏我们 FPU 实验已经讲解，这个宏定义在 stm32f4xx.h$ R" [% C& R3 i2 }6 e5 I6 Y8 y 头文件里面已经定义。这样，在 Define 处要输入的所有宏为：0 w& H* }+ J) g0 d5 c, q+ m STM32F40_41xxx,USE_STDPERIPH_DRIVER,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_M . _5 X; a V1 w9 E# ^% yATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING 共 6 个。 0 \% Q% B& G* d" Y; z" a0 o至此，STM32F4 的 DSP 库运行环境就搭建完成了。特别注意，为了方便调试，本章例程我们将 MDK 的优化设置为-O0 优化，以得到最好的调试效果。 5 j! T, ~0 m* I1 N' A0 b! B( W# C" _' b4 F* m7 S) f" ~- Q; T2 s 4 B8 r, S* f' L& d

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STMCU小助手发布时间：2022-7-6 15:05

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文章简介:	STM32F4 基于库函数移植DSP源码“DSP简介及工程创建“

DSP简介
STM32F4 采用 Cortex-M4 内核，相比 Cortex-M3 系列除了内置硬件 FPU 单元，在数字信
号处理方面还增加了 DSP 指令集，支持诸如单周期乘加指令（MAC），优化的单指令多数据指
令（SIMD），饱和算数等多种数字信号处理指令集。相比 Cortex-M3，Cortex-M4 在数字信号处
理能力方面得到了大大的提升。Cortex-M4 执行所有的 DSP 指令集都可以在单周期内完成，而
Cortex-M3 需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能

以上都不重要。重要的是，它运算快就完了！！！具体多快，我们后面会有相应测试

一、可供移植的DSP文件
STM32F4 的 DSP 库源码和测试实例在 ST 提供的标准库，详细路径为：光盘→8，STM32
参考资料→STM32F4xx 固件库→STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→
DSP_Lib。
DSP_Lib 源码包的 Source 文件夹是所有 DSP 库的源码，Examples 文件夹是相对应的一些
测试实例。这些测试实例都是带 main 函数的，也就是拿到工程中可以直接使用。接下来我们一
一讲解一下 Source 源码文件夹下面的子文件夹包含的 DSP 库的功能。

2 |$ _! s; y. G7 R0 x7 P- kBasicMathFunctions
基本数学函数：提供浮点数的各种基本运算函数，如向量加减乘除等运算。

CommonTables
arm_common_tables.c 文件提供位翻转或相关参数表。

ComplexMathFunctions
复杂数学功能，如向量处理，求模运算的。

ControllerFunctions
控制功能函数。包括正弦余弦，PID 电机控制，矢量 Clarke 变换，矢量 Clarke 逆变换等。
9 Q& H8 Q( D8 d( q q; a
FastMathFunctions
快速数学功能函数。提供了一种快速的近似正弦，余弦和平方根等相比 CMSIS 计算库要快
的数学函数。

FilteringFunctions
滤波函数功能，主要为 FIR 和 LMS（最小均方根）等滤波函数。

MatrixFunctions
矩阵处理函数。包括矩阵加法、矩阵初始化、矩阵反、矩阵乘法、矩阵规模、矩阵减法、
矩阵转置等函数。

7 x7 T' v$ E# C* C+ w- V8 ]6 }& qStatisticsFunctions
统计功能函数。如求平均值、最大值、最小值、计算均方根 RMS、计算方差/标准差等。
; q9 Z0 p& S) I' X" O
SupportFunctions
支持功能函数，如数据拷贝，Q 格式和浮点格式相互转换，Q 任意格式相互转换。
3 J: N3 b5 V5 o4 W6 O0 M
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（RIFFT）、和 DCT（离散余弦变换）和配套的初始化函数

!!! 所有这些 DSP 库代码合在一起是比较多的，因此，ST 为我们提了.lib 格式的文件
.lib 格式文件路径：光盘→8，STM32 参考资料→STM32F4xx固件库→STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→Lib→ARM。根据自己的需求选择不同的.lib文件。
我们所用的STM32F4 属于 CortexM4F 内核，小端模式，应选择：arm_cortexM4lf_math.lib(浮点 Cortex-M4
小端模式)。
示例：pandas 是基于NumPy 的一种工具，该工具是为了解决数据分析任务而创建的。

# U' P! N9 j. z% ^% W2 ]二、arm_cortexM4lf_math.lib7 D! @# @6 M- l, c3 d# r7 V
1.可使用的DSP函数
我们打开.lib文件可看到，里面存有编译后的.o文件，也就是提供可使用的DSP函数。
根据函数名可以粗略了解其含义，也可以度娘搜索DSP函数XXX，即可查到其含义。
后续将在实验中一一讲解。

代码如下（示例）：

arm_dot_prod_f32.o/
! D" U4 ]# |& y. j4 y1 r8 M
arm_dot_prod_q7.o/
% O; V _# Y- N. n0 L
arm_dot_prod_q15.o/, Q$ r6 {% f$ c5 H
arm_dot_prod_q31.o/5 I/ T; X3 \* b& J
arm_negate_f32.o/3 Z$ {! l2 T* _: E- u' a6 N
arm_negate_q15.o/
# z }3 j% |6 ^3 c
arm_negate_q31.o/: A, O: a6 D' M
arm_offset_f32.o/
" v9 I% r% Y9 u& O
arm_offset_q15.o/
& f8 b$ b5 ~+ H- ?, |! n, z
arm_offset_q31.o/
. W% [# u9 u' @& g1 _9 e
arm_cmplx_conj_f32.o/
+ M& a) ~& G9 n% s: j0 e; m* @
arm_cmplx_conj_q15.o/0 y# g. S$ d3 M
arm_cmplx_conj_q31.o/
# p6 a7 T9 j5 T. Z" C
arm_cmplx_dot_prod_f32.o/
+ u' _: a4 L6 C' n2 W W
arm_cmplx_dot_prod_q15.o/# N- G2 r! y( \ U* n
arm_cmplx_dot_prod_q31.o/
/ E# R, s/ Y4 p
arm_cmplx_mag_f32.o/5 Q, n& ^9 I4 I# `- K
arm_cmplx_mag_q15.o/
$ W! \" O" L. ]3 L! ?9 k8 H
arm_cmplx_mag_q31.o/
# A# d( ?7 L! n% X! Z" b6 t. R
arm_cmplx_mag_squared_f32.o/4 e+ I- g) U# X8 w. G7 ` c
arm_cmplx_mag_squared_q15.o/
. t( V5 ~ y2 D% b$ u* i' G3 W
arm_cmplx_mag_squared_q31.o/
, o" ]8 Z2 I" T* ~
arm_cmplx_mult_cmplx_f32.o/
' M* e( a1 T, i+ w
arm_cmplx_mult_cmplx_q15.o/5 x* w4 w6 |$ t. u* Q% m4 {
arm_cmplx_mult_cmplx_q31.o/6 e( u) ]& _" H& _$ `7 h+ y
arm_cmplx_mult_real_f32.o/
a) P% A7 A3 G0 q
arm_cmplx_mult_real_q15.o/
V' b4 \. ^6 X
arm_cmplx_mult_real_q31.o/7 b8 |) V# w4 s- M
arm_biquad_cascade_df1_32x64_init_q31.o/& h/ c8 \& W( Z7 j
arm_biquad_cascade_df1_32x64_q31.o/1 H; F& @! O2 f. I: C. m" y, t* W
arm_biquad_cascade_df1_f32.o/
. t/ s1 Q! D/ `! Y$ `
arm_biquad_cascade_df1_fast_q15.o/
" \5 Y8 r( k# x
arm_biquad_cascade_df1_fast_q31.o/5 F1 k! _/ S+ F' h. T8 y
arm_biquad_cascade_df1_init_f32.o/
, |3 u$ n7 F. J- V" I
arm_biquad_cascade_df1_init_q15.o/
7 H' q" f6 s0 M, n& u- e* C
arm_biquad_cascade_df1_init_q31.o/ n; p" ?: J1 j/ }2 P2 t% F
arm_biquad_cascade_df1_q15.o/
# n' `, `3 f( s+ O' u8 k$ f
arm_biquad_cascade_df1_q31.o// `; e0 \8 t/ {5 O( ?
arm_biquad_cascade_df2t_f32.o/
. t7 q0 X% o9 L' d4 a
arm_biquad_cascade_df2t_init_f32.o/
6 X$ W2 ^; `6 e" b7 `& a
arm_conv_fast_opt_q15.o/
0 I% [4 z3 k2 O/ N0 @/ J$ C
arm_conv_fast_q15.o/
: M$ z5 U& j0 f3 B! V* O
arm_conv_fast_q31.o/
4 F$ K* u6 Z" g* ^7 J L$ E
arm_conv_opt_q7.o/
# G8 L. w$ c1 p8 H+ W
arm_conv_opt_q15.o// y! Z: R4 }( \6 x( q8 L5 T5 F1 D
arm_conv_partial_f32.o/
! V1 o0 Y& H7 s2 F( W0 f
arm_conv_partial_fast_opt_q15.o/; w* Y5 S5 x5 v0 q/ T. \. K
arm_conv_partial_fast_q15.o/$ t4 V; {( D' h0 }) A
arm_conv_partial_fast_q31.o/
+ I9 Q! L1 @8 g$ u- R7 n0 D2 Q
arm_conv_partial_opt_q7.o/( d+ ^" |7 M ?( `# a
arm_conv_partial_opt_q15.o/$ @7 |3 ^1 b; R1 d2 d8 P; W- h' o8 W
arm_conv_partial_q7.o/
; D+ y8 V% i' |# O8 e
arm_conv_partial_q15.o/0 \, s7 B* C4 k7 ^1 Q
arm_conv_partial_q31.o/
; I* P; s, X+ t0 @$ D4 q- X& u0 [
arm_correlate_f32.o/
; `) m: k3 n |( Q. l, p- h
arm_correlate_fast_opt_q15.o/
) B# v- l* X3 A' b3 t1 n
arm_correlate_fast_q15.o/
F7 h, _' a3 [# a, c8 P6 M4 n& X: [
arm_correlate_fast_q31.o/
( j! Z& z4 l6 L) Y
arm_correlate_opt_q7.o/" A. G- @/ I' L4 c9 M
arm_correlate_opt_q15.o/
: M9 K6 J: R0 X% }8 M f
arm_correlate_q7.o/, D4 J2 G4 `5 b+ }1 {3 f9 y, P
arm_correlate_q15.o/
& N7 z: p6 a9 s
arm_correlate_q31.o// N; H- r* G, C% I5 M* h
arm_fir_decimate_f32.o/
3 L7 E( j c7 \, |; P. r- C* ~5 E
arm_fir_decimate_fast_q15.o/7 s2 z, w- v8 K% @
arm_fir_decimate_fast_q31.o/9 ]# @! \, B% ]3 Q4 t5 Y1 L
arm_fir_decimate_init_f32.o/
& _: z' d( J9 Q0 w" g( r" n
arm_fir_decimate_init_q15.o/
" Z1 B8 {3 |* W/ i% a
arm_fir_decimate_init_q31.o/
$ |+ q& d" P+ D- n; d1 b% A
arm_fir_decimate_q15.o/! y. v( z; O5 M# ]7 x
arm_fir_decimate_q31.o/
7 ?8 p! [7 Z' d. ^
arm_fir_fast_q15.o/3 L; S7 p4 U2 u* I2 c' |9 k
arm_fir_fast_q31.o/
! ` U2 W4 B9 ?! a% B5 A
arm_fir_init_f32.o/
* h: t& {% J8 z! [7 o5 h
arm_fir_init_q7.o/
, ~: [1 o9 W$ T" L
arm_fir_init_q15.o/
) x. x0 J: J' ]0 E- @1 F( e
arm_fir_init_q31.o/
$ u: P8 o, x5 s |. n' B! @8 L
arm_fir_interpolate_f32.o/# [0 [. }9 F5 Y% q! V8 |
arm_fir_interpolate_init_f32.o/
" u9 \' ^: Q X8 J
arm_fir_interpolate_init_q15.o/( C' B# \3 _1 `( m. l* O- b
arm_fir_interpolate_init_q31.o/
/ u& E. |( L1 u$ j' a2 N; l" g$ b. z
arm_fir_interpolate_q15.o/; L# ?' L1 I5 h! ?( }( o
arm_fir_interpolate_q31.o/
: x$ l$ V# u$ n8 f% V
arm_fir_lattice_f32.o/
) H8 @0 J) r* w5 _% M; x3 j
arm_fir_lattice_init_f32.o/
# H- u0 Z* W% w; y, A+ L8 M
arm_fir_lattice_init_q15.o/, W6 q! t8 a: s/ \& c6 x; w/ s
arm_fir_lattice_init_q31.o/( e r. S! J% m6 \
arm_fir_lattice_q15.o/
' [* S t- Q( z6 |- p$ E' h
arm_fir_lattice_q31.o/
, q/ S; _) q7 M- B, a( ?
arm_fir_sparse_f32.o/
, ^8 \% R+ h; N" L
arm_fir_sparse_init_f32.o/
# M( {) [1 h9 @5 i$ D5 G; U
arm_fir_sparse_init_q7.o/
# O/ }+ l9 l) i0 H8 |6 b
arm_fir_sparse_init_q15.o/
" y# S6 v+ }9 _3 O3 \
arm_fir_sparse_init_q31.o/! d4 [- o7 S3 |& a G
arm_fir_sparse_q7.o/
4 R* O9 Z& e3 M* q
arm_fir_sparse_q15.o/9 }$ ~) _0 @0 r/ d* H' y% T& C4 i
arm_fir_sparse_q31.o/1 s. n, }2 k) r; A+ a4 H" f
arm_iir_lattice_f32.o/$ Y+ W6 E. Y& M2 f! Q
arm_iir_lattice_init_f32.o/
# s9 g" g% P: ]& [- T9 }; `( h) e
arm_iir_lattice_init_q15.o/
) |# Q) e+ |6 h# S5 b5 [" k
arm_iir_lattice_init_q31.o/
8 }9 M* U$ H( I* }# X: t% R* O
arm_iir_lattice_q15.o/
" b5 A0 F V9 {+ ~# _9 F
arm_iir_lattice_q31.o/
9 d# v" `$ i8 c7 h1 @
arm_lms_init_f32.o/
8 k, D, M* @5 s
arm_lms_init_q15.o// Y7 Y2 o- W: v1 A6 {7 z
arm_lms_init_q31.o/4 e ^5 K. X; A1 E; j$ l$ B
arm_lms_norm_f32.o/
* _+ \ \, G E$ U2 y
arm_lms_norm_init_f32.o/
2 w4 j8 G% G1 G: e. O1 y1 b9 s
arm_lms_norm_init_q15.o/
4 P" ~1 g3 U0 ~8 Q2 A
arm_lms_norm_init_q31.o/! s( H% `0 _0 f# ~( D% I
arm_lms_norm_q15.o/
$ z' N2 S% V/ K5 K7 G
arm_lms_norm_q31.o/ g$ y( ]2 n& L
arm_mat_add_f32.o/3 z" w; p5 |1 @) ^$ ?( {
arm_mat_add_q15.o/
1 N/ ^* `4 q N1 v$ M
arm_mat_add_q31.o/# _1 D/ K t4 A! H
arm_mat_init_f32.o/
: Q8 h2 [0 g- P9 w/ A p
arm_mat_init_q15.o/# T, D3 x! i1 l% W* C a1 X
arm_mat_init_q31.o/2 O) L; [4 S3 e8 Q
arm_mat_inverse_f32.o/
; O+ F. p3 y! ^4 `
arm_mat_mult_f32.o/
! x4 [6 Y( n$ C8 P- ?
arm_mat_mult_fast_q15.o/
( \4 z' c. P1 a, s
arm_mat_mult_fast_q31.o/
5 r) i& y; E5 u6 I' ]
arm_mat_mult_q15.o/
6 ]+ _% q" w# Y4 |9 n: g- E, W
arm_mat_mult_q31.o/
, K! d, M( A* \# w5 D' @5 ~9 V
arm_mat_scale_f32.o/
$ ]6 [6 {" n- W7 A T8 X, x1 ]
arm_mat_scale_q15.o/
8 r- ]' O* w, z# h8 P
arm_mat_scale_q31.o/
6 F2 u6 Z0 u& V! F" ~* ]2 @% z; J p
arm_mat_sub_f32.o/
7 [6 I% u6 h4 c
arm_mat_sub_q15.o/( g# A) T x8 N$ O- V
arm_mat_sub_q31.o/9 ?. O) }& a0 S; G: _, M/ o* k, K4 p
arm_mat_trans_f32.o/% r$ K: a6 Q- m6 t) V
arm_mat_trans_q15.o/
; w6 \' E! s2 Y+ e5 p
arm_mat_trans_q31.o/: P) R2 a' x) V% ?+ v
arm_bitreversal.o/
" u# j. v8 A' `* C+ N
arm_bitreversal2.o/
8 S0 k( [. k0 b4 [: j; G! t7 L( v
arm_cfft_radix2_f32.o/
! I. J0 O4 ^% s* I
arm_cfft_radix2_init_f32.o/
# ~1 r8 _" [4 r
arm_cfft_radix2_init_q15.o/2 z6 r" q! V% C; p( Q. U. V
arm_cfft_radix2_init_q31.o/
* f& d% ?% t; x0 g' j8 B6 ~7 e9 t5 Z
arm_cfft_radix2_q15.o/
# d R. p( E, X8 f; b1 _' |
arm_cfft_radix2_q31.o/
8 a. q8 _3 Y. G7 o5 l1 U
arm_cfft_radix4_f32.o/
% K( i/ P1 M7 U/ L7 M; I; w. r _
arm_cfft_radix4_init_f32.o/% o& U C3 ~. ~8 s! K
arm_cfft_radix4_init_q15.o/& i. o' C) t* q, ^& G
arm_cfft_radix4_init_q31.o/
r- g3 {+ X" c) i k- S
arm_cfft_radix4_q15.o/
+ B3 ? b! d: ?# V: ^, `
arm_cfft_radix4_q31.o// P2 F6 R% I0 V3 w
arm_cfft_radix8_f32.o/+ r. h7 h) G$ J7 `. G$ a) E+ S: U2 p
arm_dct4_init_f32.o/5 |; m2 h* f2 D* v+ R& [2 |
arm_dct4_init_q15.o/$ \8 `) E0 \: n9 E$ a+ s1 J& J
arm_dct4_init_q31.o/3 N; o, M9 p5 T$ l; n0 e9 O* ~
arm_rfft_fast_f32.o/
7 c! I( i7 X9 R7 I, T
arm_rfft_fast_init_f32.o/8 J: J( Q; G5 F8 z& P, W E
arm_rfft_init_f32.o/
' [ X! K% w& J( s
arm_rfft_init_q15.o// w7 A$ l: S; y
arm_rfft_init_q31.o/
* w; h/ o8 ^% J& R6 X' e* u
arm_pid_init_f32.o/, x( b& ^4 j k( x4 i' j, t
arm_pid_init_q15.o/) Y0 T' \6 R+ D; C
arm_pid_init_q31.o/
. N) y9 Z# r; p: Q6 \
arm_pid_reset_f32.o/5 V" { N1 k* w# W: ~
arm_pid_reset_q15.o/' S" p, F1 Y% s. |# o2 a
arm_pid_reset_q31.o/
5 f" ~& i0 D$ s/ w9 O& [9 M
arm_sin_cos_f32.o/. Z: ?# f8 d3 [
arm_sin_cos_q31.o/0 Y5 f0 U. z' D2 k
arm_float_to_q7.o/8 e4 m% ~. Q$ ]' C6 t( k# t
arm_float_to_q15.o/7 Q" b: e$ v6 f. Z' X9 L
arm_float_to_q31.o/4 L0 I) o; A' m' c+ u! ?: A5 f- }
arm_q7_to_float.o/7 s6 }0 {6 T" `5 C6 _" |/ I
arm_q15_to_float.o/: t- L* f% A' \6 ]8 O6 Q- u0 m
arm_q15_to_q31.o/
5 Z# q3 p" ~ a1 E' ^
arm_q31_to_float.o/
& @0 d; n4 C4 B. K* B1 e
arm_q31_to_q15.o/
, ^% T# A% h* R
arm_common_tables.o/

复制代码

2.工程移植
1、添加文件。
首先，我们在例程工程目录下新建：DSP_LIB 文件夹，存放我们将要添加的文件：arm_cortexM4lf_math.lib 和相关头文件，然后，打开工程，新建 DSP_LIB 分组，并将 arm_cortexM4lf_math.lib 添加到工程里面。

2、添加头文件包含路径
添加好.lib 文件后，我们要添加头文件包含路径，将第一步拷贝的 Include 文件夹和 DSP_LIB
文件夹，加入头文件包含路径。

3、添加全局宏定义
最后，为了使用 DSP 库的所有功能，我们还需要添加几个全局宏定义：
1，__FPU_USED
2，__FPU_PRESENT
3，ARM_MATH_CM4
4，__CC_ARM
5，ARM_MATH_MATRIX_CHECK
6，ARM_MATH_ROUNDING

这里，两个宏之间用“,”隔开。并且，上面的全局宏里面，我们没有添加__FPU_USED，
因为这个宏定义在 Target 选项卡设置 Code Generation 的时候（上一章有介绍），选择了：Use FPU
（如果没有设置 Use FPU，则必须设置！！），故 MDK 会自动添加这个全局宏，因此不需要我们
手动添加了。同时__FPU_PRESENT 全局宏我们 FPU 实验已经讲解，这个宏定义在 stm32f4xx.h
头文件里面已经定义。这样，在 Define 处要输入的所有宏为：
STM32F40_41xxx,USE_STDPERIPH_DRIVER,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_M
ATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING 共 6 个。
至此，STM32F4 的 DSP 库运行环境就搭建完成了。特别注意，为了方便调试，本章例程我们将 MDK 的优化设置为-O0 优化，以得到最好的调试效果。