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STM32的DSP库的应用
前些天理解了fft变换的理论和对其工程应用进行了实例分析，详见我的名为《C语言实现fft理论基础与工程应用的实例分析》的博客，用C语言编写的fft算法比较容易看懂，但带来的缺点就是执行效率低，对于要求实时操作（例如电机控制）的反应速度不够灵敏。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：
1 /* 2 ********************************************************************************************************* 3 * MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE 4 * 5 * (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL 6 * 7 * All rights reserved. Protected by international copyright laws. 8 * Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product. 9 * Please help us continue to provide the Embedded community with the finest 10 * software available. Your honesty is greatly appreciated. 11 ********************************************************************************************************* 12 */ 13 14 /* 15 ********************************************************************************************************* 16 * 17 * BOARD SUPPORT PACKAGE 18 * 19 * ST Microelectronics STM32 20 * with the 21 * STM3210B-EVAL Evaluation Board 22 * 23 * Filename : bsp.c 24 * Version : V1.00 25 * Programmer(s) : Brian Nagel 26 ********************************************************************************************************* 27 */ 28 29 /* 30 ********************************************************************************************************* 31 * INCLUDE FILES 32 ********************************************************************************************************* 33 */ 34 35 #define DSP_ASM 36 #include "stm32f10x.h" 37 #include "dsp_asm.h" 38 #include "stm32_dsp.h" 39 #include "table_fft.h" 40 #include <stdio.h> 41 #include <math.h> 42 43 44 /* 45 ********************************************************************************************************* 46 * LOCAL CONSTANTS 47 ********************************************************************************************************* 48 */ 49 #define PI2 6.28318530717959 50 #define NPT_1024 1024 51 //#define NPT_256 256 52 //#define NPT_1024 1024 53 54 // N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz 55 #ifdef NPT_64 56 #define NPT 64 57 #define Fs 3200 58 #endif 59 60 // N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz 61 #ifdef NPT_256 62 #define NPT 256 63 #define Fs 6400 64 #endif 65 66 // N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz 67 #ifdef NPT_1024 68 #define NPT 1024 69 #define Fs 5120 70 #endif 71 72 73 /* 74 ********************************************************************************************************* 75 * LOCAL DATA TYPES 76 ********************************************************************************************************* 77 */ 78 79 80 /* 81 ********************************************************************************************************* 82 * LOCAL TABLES 83 ********************************************************************************************************* 84 */ 85 86 87 /* 88 ********************************************************************************************************* 89 * LOCAL GLOBAL VARIABLES 90 ********************************************************************************************************* 91 */ 92 long lBUFIN[NPT]; /* Complex input vector */ 93 long lBUFOUT[NPT]; /* Complex output vector */ 94 long lBUFMAG[NPT];/* Magnitude vector */ 95 /* 96 ********************************************************************************************************* 97 * LOCAL FUNCTION PROTOTYPES 98 ********************************************************************************************************* 99 */100 void dsp_asm_powerMag(void);101 102 /*103 *********************************************************************************************************104 * LOCAL CONFIGURATION ERRORS105 *********************************************************************************************************106 */107 108 109 /*110 ******************************************************************************************************************************111 ******************************************************************************************************************************112 ** Global Functions113 ******************************************************************************************************************************114 ******************************************************************************************************************************115 */116 117 void dsp_asm_init()118 {119 u16 i=0;120 float fx;121 for(i=0;i<NPT;i++)122 {123 fx = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs);124 lBUFIN[i] = ((long)fx)<<16;125 }126 }127 128 void dsp_asm_test() 129 {130 131 #ifdef NPT_64132 cr4_fft_64_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);133 #endif134 135 #ifdef NPT_256136 cr4_fft_256_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);137 #endif138 139 #ifdef NPT_1024140 cr4_fft_1024_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);141 #endif142 143 // 计算幅值144 dsp_asm_powerMag();145 146 }147 148 void dsp_asm_powerMag(void)149 {150 s16 lX,lY;151 u32 i;152 for(i=0;i<NPT/2;i++)153 {154 lX = (lBUFOUT[i] << 16) >> 16;155 lY = (lBUFOUT[i] >> 16);156 {157 float X = NPT * ((float)lX) /32768;158 float Y = NPT * ((float)lY) /32768;159 float Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT;160 lBUFMAG[i] = (u32)(Mag * 65536);161 }162 }163 }
1 /* 2 ********************************************************************************************************* 3 * MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE 4 * 5 * (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL 6 * 7 * All rights reserved. Protected by international copyright laws. 8 * Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product. 9 * Please help us continue to provide the Embedded community with the finest10 * software available. Your honesty is greatly appreciated.11 *********************************************************************************************************12 */13 14 /*15 *********************************************************************************************************16 *17 * BOARD SUPPORT PACKAGE18 *19 * ST Microelectronics STM3220 * with the21 * STM3210B-EVAL Evaluation Board22 *23 * Filename : bsp.h24 * Version : V1.0025 * Programmer(s) : Brian Nagel26 *********************************************************************************************************27 */28 29 #ifndef __DSP_ASM_H__30 #define __DSP_ASM_H__31 32 /*33 *********************************************************************************************************34 * EXTERNS35 *********************************************************************************************************36 */37 38 #ifdef DSP_ASM39 #define DSP_EXT40 #else41 #define DSP_EXT extern42 #endif43 44 /*45 *********************************************************************************************************46 * INCLUDE FILES47 *********************************************************************************************************48 */49 50 51 52 53 /*54 *********************************************************************************************************55 * GLOBAL VARIABLES56 *********************************************************************************************************57 */58 59 60 /*61 *********************************************************************************************************62 * MACRO‘S63 *********************************************************************************************************64 */65 66 67 /*68 *********************************************************************************************************69 * FUNCTION PROTOTYPES70 *********************************************************************************************************71 */72 73 void dsp_asm_test(void);74 void dsp_asm_init(void);75 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[i] << 16) >> 16 就是取32位的i的低16位数据，lY = (lBUFOUT[i] >> 16);是取高16位数据。下面的两句
float X = NPT * ((float)lX) /32768;
float Y = NPT * ((float)lY) /32768
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。
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。
2，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
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
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。
3，工程源码下载地址
LL STM32-DSP-fft.rar
115网盘礼包码：5lbdd57l2hkq
http://115.com/lb/5lbdd57l2hkq
STM32的DSP库的应用