STM32F4基于库函数移植DSP源码“DSP简介及工程创建“

Posted 2021-08-21 旺旺^淞

系列文章目录

提示：这里可以添加系列文章的所有文章的目录，目录需要自己手动添加
例如：第一章 Python 机器学习入门之pandas的使用

---

提示：写完文章后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

文章目录

• 系列文章目录
• DSP简介
• 一、可供移植的DSP文件
• • • • BasicMathFunctions
      • CommonTables
      • ComplexMathFunctions
      • ControllerFunctions
      • FastMathFunctions
      • FilteringFunctions
      • MatrixFunctions
      • StatisticsFunctions
      • SupportFunctions
      • TransformFunctions
    • !!! 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
• 二、arm_cortexM4lf_math.lib
• • 1.可使用的DSP函数
  • 2.工程移植
  • • 1、添加文件。
    • 2、 添加头文件包含路径
    • 3、 添加全局宏定义
  • 3.示例工程
• 总结

---

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。

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

!!! 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。

二、arm_cortexM4lf_math.lib

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/
arm_dot_prod_q7.o/
arm_dot_prod_q15.o/
arm_dot_prod_q31.o/
arm_negate_f32.o/
arm_negate_q15.o/
arm_negate_q31.o/
arm_offset_f32.o/
arm_offset_q15.o/
arm_offset_q31.o/
arm_cmplx_conj_f32.o/
arm_cmplx_conj_q15.o/
arm_cmplx_conj_q31.o/
arm_cmplx_dot_prod_f32.o/
arm_cmplx_dot_prod_q15.o/
arm_cmplx_dot_prod_q31.o/
arm_cmplx_mag_f32.o/
arm_cmplx_mag_q15.o/
arm_cmplx_mag_q31.o/
arm_cmplx_mag_squared_f32.o/
arm_cmplx_mag_squared_q15.o/
arm_cmplx_mag_squared_q31.o/
arm_cmplx_mult_cmplx_f32.o/
arm_cmplx_mult_cmplx_q15.o/
arm_cmplx_mult_cmplx_q31.o/
arm_cmplx_mult_real_f32.o/
arm_cmplx_mult_real_q15.o/
arm_cmplx_mult_real_q31.o/
arm_biquad_cascade_df1_32x64_init_q31.o/
arm_biquad_cascade_df1_32x64_q31.o/
arm_biquad_cascade_df1_f32.o/
arm_biquad_cascade_df1_fast_q15.o/
arm_biquad_cascade_df1_fast_q31.o/
arm_biquad_cascade_df1_init_f32.o/
arm_biquad_cascade_df1_init_q15.o/
arm_biquad_cascade_df1_init_q31.o/
arm_biquad_cascade_df1_q15.o/
arm_biquad_cascade_df1_q31.o/
arm_biquad_cascade_df2t_f32.o/
arm_biquad_cascade_df2t_init_f32.o/
arm_conv_fast_opt_q15.o/
arm_conv_fast_q15.o/
arm_conv_fast_q31.o/
arm_conv_opt_q7.o/
arm_conv_opt_q15.o/
arm_conv_partial_f32.o/
arm_conv_partial_fast_opt_q15.o/
arm_conv_partial_fast_q15.o/
arm_conv_partial_fast_q31.o/
arm_conv_partial_opt_q7.o/
arm_conv_partial_opt_q15.o/
arm_conv_partial_q7.o/
arm_conv_partial_q15.o/
arm_conv_partial_q31.o/
arm_correlate_f32.o/
arm_correlate_fast_opt_q15.o/
arm_correlate_fast_q15.o/
arm_correlate_fast_q31.o/
arm_correlate_opt_q7.o/
arm_correlate_opt_q15.o/
arm_correlate_q7.o/
arm_correlate_q15.o/
arm_correlate_q31.o/
arm_fir_decimate_f32.o/
arm_fir_decimate_fast_q15.o/
arm_fir_decimate_fast_q31.o/
arm_fir_decimate_init_f32.o/
arm_fir_decimate_init_q15.o/
arm_fir_decimate_init_q31.o/
arm_fir_decimate_q15.o/
arm_fir_decimate_q31.o/
arm_fir_fast_q15.o/
arm_fir_fast_q31.o/
arm_fir_init_f32.o/
arm_fir_init_q7.o/
arm_fir_init_q15.o/
arm_fir_init_q31.o/
arm_fir_interpolate_f32.o/
arm_fir_interpolate_init_f32.o/
arm_fir_interpolate_init_q15.o/
arm_fir_interpolate_init_q31.o/
arm_fir_interpolate_q15.o/
arm_fir_interpolate_q31.o/
arm_fir_lattice_f32.o/
arm_fir_lattice_init_f32.o/
arm_fir_lattice_init_q15.o/
arm_fir_lattice_init_q31.o/
arm_fir_lattice_q15.o/
arm_fir_lattice_q31.o/
arm_fir_sparse_f32.o/
arm_fir_sparse_init_f32.o/
arm_fir_sparse_init_q7.o/
arm_fir_sparse_init_q15.o/
arm_fir_sparse_init_q31.o/
arm_fir_sparse_q7.o/
arm_fir_sparse_q15.o/
arm_fir_sparse_q31.o/
arm_iir_lattice_f32.o/
arm_iir_lattice_init_f32.o/
arm_iir_lattice_init_q15.o/
arm_iir_lattice_init_q31.o/
arm_iir_lattice_q15.o/
arm_iir_lattice_q31.o/
arm_lms_init_f32.o/
arm_lms_init_q15.o/
arm_lms_init_q31.o/
arm_lms_norm_f32.o/
arm_lms_norm_init_f32.o/
arm_lms_norm_init_q15.o/
arm_lms_norm_init_q31.o/
arm_lms_norm_q15.o/
arm_lms_norm_q31.o/
arm_mat_add_f32.o/
arm_mat_add_q15.o/
arm_mat_add_q31.o/
arm_mat_init_f32.o/
arm_mat_init_q15.o/
arm_mat_init_q31.o/
arm_mat_inverse_f32.o/
arm_mat_mult_f32.o/
arm_mat_mult_fast_q15.o/
arm_mat_mult_fast_q31.o/
arm_mat_mult_q15.o/
arm_mat_mult_q31.o/
arm_mat_scale_f32.o/
arm_mat_scale_q15.o/
arm_mat_scale_q31.o/
arm_mat_sub_f32.o/
arm_mat_sub_q15.o/
arm_mat_sub_q31.o/
arm_mat_trans_f32.o/
arm_mat_trans_q15.o/
arm_mat_trans_q31.o/
arm_bitreversal.o/
arm_bitreversal2.o/
arm_cfft_radix2_f32.o/
arm_cfft_radix2_init_f32.o/
arm_cfft_radix2_init_q15.o/
arm_cfft_radix2_init_q31.o/
arm_cfft_radix2_q15.o/
arm_cfft_radix2_q31.o/
arm_cfft_radix4_f32.o/
arm_cfft_radix4_init_f32.o/
arm_cfft_radix4_init_q15.o/
arm_cfft_radix4_init_q31.o/
arm_cfft_radix4_q15.o/
arm_cfft_radix4_q31.o/
arm_cfft_radix8_f32.o/
arm_dct4_init_f32.o/
arm_dct4_init_q15.o/
arm_dct4_init_q31.o/
arm_rfft_fast_f32.o/
arm_rfft_fast_init_f32.o/
arm_rfft_init_f32.o/
arm_rfft_init_q15.o/
arm_rfft_init_q31.o/
arm_pid_init_f32.o/
arm_pid_init_q15.o/
arm_pid_init_q31.o/
arm_pid_reset_f32.o/
arm_pid_reset_q15.o/
arm_pid_reset_q31.o/
arm_sin_cos_f32.o/
arm_sin_cos_q31.o/
arm_float_to_q7.o/
arm_float_to_q15.o/
arm_float_to_q31.o/
arm_q7_to_float.o/
arm_q15_to_float.o/
arm_q15_to_q31.o/
arm_q31_to_float.o/
arm_q31_to_q15.o/
arm_common_tables.o/

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。

3.示例工程

说那么多，还不如提供示例工程。
链接：https://pan.baidu.com/s/1VQPJ_RVOJ042bpkvDlx0Fw
提取码：7lvz

---

总结

初识DSP，勇敢牛牛，不怕困难。