如何使用STM32提供的DSP库进行FFT

Posted 2023-03-28

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了如何使用STM32提供的DSP库进行FFT相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

DSP库针对没有fpu的处理器使用来加速的。如果自己写的话涉及到浮点运算，那就只有fpu才能发挥其速度。 stm32的dsp库是有例程的，FFT的例程也在其中，仔细看，不复杂的。参考技术A DSP库针对没有fpu的处理器使用来加速的。如果自己写的话涉及到浮点运算，那就只有fpu才能发挥其速度。 stm32的dsp库是有例程的，FFT的例程也在其中，仔细看，不复杂的。

STM32F4使用FPU+DSP库进行FFT运算的测试过程

测试环境：单片机：STM32F407ZGT6 IDE：Keil5.20.0.0 固件库版本：STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0

第一部分：使用源码文件的方式，使用void arm_cfft_radix4_f32(const arm_cfft_radix4_instance_f32 * S,float32_t * pSrc)函数进行FFT运算。

准备空工程，配置Keil环境.使能STM32F4的FPU单元。

开启硬件浮点运算，等效于在C/C++->define中定义__FPU_USED,__FPU_PRESENT两个宏

添加全局宏定义，使能DSP库所有的功能

图中STM32F4XX,USE_STDPERIPH_DRIVER是新建工程都会用到的配置宏，新建工程参考：http://blog.csdn.net/qianrushi_jinxifeng/article/details/19673755

其他宏ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING 请参考：http://blog.csdn.net/desert187/article/details/20527921

向工程中添加使用到的DSP库源码

在stm32f4_dsp_stdperiph_lib\\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0\\Libraries\\CMSIS\\DSP_Lib\\Source目录下会有如下目录，都是DSP函数库

BasicMathFunctions
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。
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。
StatisticsFunctions
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。
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。
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。

我们需要CommonTables和TransformFunctions的下的部分文件
添加到工程如图

另外我们需要包含相应的头文件路径，所需的头文件在STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0\\Libraries\\CMSIS\\Include路径下可以找到

编写main()函数,

 1 #include "stm32f4xx_conf.h"
 2 //位带操作
 3 #include "sys.h"
 4 #include "delay.h"
 5 #include "usart.h"
 6 //LCD显示屏功能
 7 #include "Nick_lcd.h"
 8 #include "Nick_keys.h"
 9 
10 #include "arm_math.h"
11 #define FFT_LENGTH        1024         //FFT长度，默认是1024点FFT
12 
13 float fft_inputbuf[FFT_LENGTH*2];    //FFT输入输出数组，此数组为arm_cfft_radix4_f32的输入输出数组，前一个元素为实部，后一个为虚部，每两个元素代表一个点.
14 float fft_outputbuf[FFT_LENGTH];     //arm_cmplx_mag_f32() 幅度输出数组
15 arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;
16 
17 int main(void)
18 { 
19     delay_init(168);
20     lcd_init(0);    //初始化LCD
21     key_init();
22     uart_init(115200);        //初始化串口波特率为115200
23     
24     arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft,FFT_LENGTH,0,1);//初始化scfft结构体，设定FFT相关参数
25     
26     while(1)
27     {
28         u32 keyval = (u32)keys_scan(0);
29         if(keyval==1)
30         {
31             for(int i=0;i<FFT_LENGTH;i++)//生成信号序列
32             {
33                  fft_inputbuf[2*i]=15 + 10*arm_sin_f32(2*PI*i*100/FFT_LENGTH) + \\
34                                    5.5*arm_sin_f32(2*PI*i*150/FFT_LENGTH); //生成实部
35                 
36                  fft_inputbuf[2*i+1]=0;//虚部全部为0
37             }
38             arm_cfft_radix4_f32(&scfft,fft_inputbuf);    //FFT计算（基4）
39             arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf,fft_outputbuf,FFT_LENGTH);    //把运算结果复数求模得幅值 
40             
41             printf("FFT Result:\\r\\n");
42             for(int i=0;i<FFT_LENGTH;i++)
43             {
44                 printf("%f\\r\\n",fft_outputbuf[i]);
45             }
46         }
47         delay_ms(60);
48     }
49 }