教你如何在STM32中使用DSP指令

Posted 2021-09-07 Fireflycjd

​01、DSP简介

提到DSP，作为电子专业的学生，大部分第一时间想到的是DSP芯片，DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

实际上，DSP的全称是数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。

如下面ARM官方描述的，ARM处理器是支持DSP的。

​

主要是在cortex-R和Cortex-M内核支持。

​

Arm 的数字信号控制器Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M33、Cortex-M35P和Cortex-M55处理器满足了对高性能通用代码处理以及数字信号处理应用的需求。

​

向Thumb 指令集添加DSP 扩展和可选浮点单元(FPU)，旨在提高数值算法的性能。此外，它们提供了直接在 Cortex-M处理器上执行信号处理操作的机会，同时保持Cortex-M程序员模型的易用性。

02、IAR中DSP Libary的使用

ArmCortex-M3 /M4处理器提供信号处理指令，例如SIMD（单指令多数据）。特别是Cortex-M4专为DSP应用而设计，它支持高级SIMD，MAC（乘法和累加）指令。此外，Cortex-M4F器件具有FPU（浮点单元），用于处理浮点计算。

有几种方法可以使用这些指令，例如使用汇编程序例程或内部函数，但最实用的方法之一是使用ArmCortex微控制器软件接口标准（CMSIS）DSP库。CMSIS-DSP库专为Cortex-M处理器而设计，它为数字信号处理提供优化的功能，如矩阵函数，统计函数，高级数学函数等。

IAREmbedded Workbench forArm中提供了预构建的CMSIS-DSP库及其源代码，在本文中，我们将了解如何将CMSIS-DSP库与IAREmbedded Workbench for Arm一起使用以及如何改进性能。

Configuringthe CMSIS-DSP library

配置CMSIS-DSP库

​

让我们看看如何调用CMSIS-DSP功能及其性能。这里我们将使用sqrt（平方根）函数并与标准数学函数进行比较：​

//#define DSP_Lib

#ifdef DSP_Lib
#include <arm_math.h>
#endif

#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
#ifdef DSP_Lib
  float32_t f_input_cmsis_dsp = 2;
  float32_t f_result_cmsis_dsp;
#endif
  
  float f_input = 2;
  float f_result;
  

#ifdef DSP_Lib
  /* Using CMSIS-DSP library */
  arm_sqrt_f32(f_input_cmsis_dsp,&f_result_cmsis_dsp);
  printf("f1: %f\\n",f_result_cmsis_dsp);
#endif
  
  /* Standard math function */
  f_result = sqrt(f_input);
  printf("f2: %f\\n",f_result);
  
  return 0;
}

结果如下

f1: 1.414214 
f2: 1.414214

​接下来，让我们来看看性能。

IAREmbedded Workbench中的CYCLECOUNTER寄存器可用于检查正在运行的代码所消耗的周期数。在检查上次执行的C/ C ++源代码或汇编程序步骤期间的循环次数时，CCSTEP寄存器非常方便有用。

​

设置断点并记下sqrt函数的CCSTEP值：

​

在这种情况下，CMSIS-DSPsqrt功能比标准数学函数快10倍以上。​

arm_sqrt_f32 :    52 cycles
sqrt :            752 cycles

从这个简单的例子中，我们可以看到CMSIS-DSP非常易于使用，并且显着提高了性能。

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