21ic电子技术开发论坛 › 单片机与嵌入式系统 › Navota NV32 MCU › 如何使用STM32提供的DSP库进行FFT
返回列表 发新帖我要提问

[技术问答] 如何使用STM32提供的DSP库进行FFT

[复制链接]
 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
fft, DSP库, STM32, STM32F, stm32f10
　　前些日子，因为需要在STM32F103系列处理器上，对采集的音频信号进行FFT，所以花了一些时间来研究如何高效并精确的在STM32F103系列处理器上实现FFT。在网上找了很多这方面的资料做实验并进行比较，最终选择了使用STM32提供的DSP库这种方法。
　　本文将以一个实例来介绍如何使用STM32提供的DSP库函数进行FFT。

回复 赏

举报

相关帖子
 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:16 | 显示全部楼层
1.FFT运算效率
　　使用STM32官方提供的DSP库进行FFT，虽然在使用上有些不灵活（因为它是基4的FFT，所以FFT的点数必须是4^n），但其执行效率确实非常高效，看图1所示的FFT运算效率测试数据便可见一斑。该数据来自STM32 DSP库使用文档。
092014394315467.jpg

图1 FFT运算效率测试数据
　　由图1可见，在STM32F10x系列处理器上，如果使用72M的系统主频，进行64点的FFT运算，仅仅需要0.078ms而已。如果是进行1024点的FFT运算，也才需要2.138ms。

回复 赏

举报

 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:17 | 显示全部楼层
2.如何使用STM32提供的DSP库函数
2.1下载STM32的DSP库
　　大家可以从网上搜索下载得到STM32的DSP库，这里提供一个下载的地址：
      https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/cortex_mx_stm32/DispForm.aspx?ID=30831&RootFolder=%2fpublic%2fSTe2ecommunities%2fmcu%2fLists%2fcortex%5fmx%5fstm32%2fSTM32F10x%20DSP%20library%2c%20where%20is%20it

回复 赏

举报

 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:18 | 显示全部楼层
2.2添加DSP库到自己的工程项目中
　　下载得到STM32的DSP库之后，就可以将其添加到自己的工程项目中了。
　　其中，inc文件夹下的stm32_dsp.h和table_fft.h两个文件是必须添加的。stm32_dsp.h是STM32的DSP库的头文件。
　　src文件夹下的文件可以有选择的添加（用到那个添加那个即可）。因为我只用到了256点的FFT，所以这里我只添加了cr4_fft_256_stm32.s文件。添加完成后的项目框架如图2所示。
858285d1489da54076.png
图2 项目框架

回复 赏

举报

 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:20 | 显示全部楼层
2.3模拟采样数据
　　根据采样定理，采样频率必须是被采样信号最高频率的2倍。这里，我要采集的是音频信号，音频信号的频率范围是20Hz到20KHz，所以我使用的采用频率是44800Hz。那么在进行256点FFT时，将得到44800Hz / 256 = 175Hz的频率分辨率。
　　为了验证FFT运算结果的正确性，这里我模拟了一组采样数据，并将该采样数据存放到了long类型的lBufInArray数组中，且该数组中每个元素的高16位存储采样数据的实部，低16位存储采样数据的虚部(总是为0)。
　　为什么要这样做呢？是因为后面要调用STM32的DSP库函数，需要传入的参数规定了必须是这样的数据格式。
　　下面是具体的实现代码：
复制
  1. /******************************************************************
    

  2. 函数名称:InitBufInArray()
    

  3. 函数功能:模拟采样数据，采样数据中包含3种频率正弦波(350Hz，8400Hz，18725Hz)
    

  4. 参数说明:
    

  5. 备    注:在lBufInArray数组中，每个数据的高16位存储采样数据的实部，
    

  6.           低16位存储采样数据的虚部(总是为0)
    

  7. 作　　者:博客园 依旧淡然（http://www.cnblogs.com/menlsh/）
    

  8. *******************************************************************/
    

  9. void InitBufInArray()
    

  10. {
    

  11.     unsigned short i;
    

  12.     float fx;
    

  13.     for(i=0; i<NPT; i++)
    

  14.     {
    

  15.         fx = 1500 * sin(PI2 * i * 350.0 / Fs) +
    

  16.              2700 * sin(PI2 * i * 8400.0 / Fs) +
    

  17.              4000 * sin(PI2 * i * 18725.0 / Fs);
    

  18.         lBufInArray[i] = ((signed short)fx) << 16;
    

  19.     }
    

  20. }
　　其中，NPT是采样点数256，PI2是2π（即6.28318530717959），Fs是采样频率44800。可以看到采样数据中包含了3种频率的正弦波，分别为350Hz，8400Hz和18725Hz。
回复 赏

举报

 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:21 | 显示全部楼层
2.4调用DSP库函数进行FFT
　　进行256点的FFT，只需要调用STM32 DSP库函数中的cr4_fft_256_stm32()函数即可。该函数的原型为：
　　void cr4_fft_256_stm32(void *pssOUT, void *pssIN, uint16_t Nbin);
　　其中，参数pssOUT表示FFT输出数组指针，参数pssIN表示要进行FFT运算的输入数组指针，参数Nbin表示了点数。至于该函数的具体实现，因为是用汇编语言编写的，我也不懂，这里就不妄谈了。
　　下面是具体的调用实例：
　　cr4_fft_256_stm32(lBufOutArray, lBufInArray, NPT);
　　其中，参数lBufOutArray同样是一个long类型的数组，参数lBufInArray就是存放模拟采样数据的采样数组，NPT为采样点数256。
　　调用该函数之后，在lBufOutArray数组中就存放了进行FFT运算之后的结果数据。该数组中每个元素的数据格式为；高16位存储虚部，低16位存储实部。

回复 赏

举报

 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:22 | 显示全部楼层
2.5计算各次谐波幅值
　　得到FFT运算之后的结果数据之后，就可以计算各次谐波的幅值了。
　　下面是具体的实现代码：
复制
  1. /******************************************************************
    

  2. 函数名称:GetPowerMag()
    

  3. 函数功能:计算各次谐波幅值
    

  4. 参数说明:
    

  5. 备　　注:先将lBufOutArray分解成实部(X)和虚部(Y)，然后计算幅值(sqrt(X*X+Y*Y)
    

  6. *******************************************************************/
    

  7. void GetPowerMag()
    

  8. {
    

  9.     signed short lX,lY;
    

  10.     float X,Y,Mag;
    

  11.     unsigned short i;
    

  12.     for(i=0; i<NPT/2; i++)
    

  13.     {
    

  14.         lX  = (lBufOutArray[i] << 16) >> 16;
    

  15.         lY  = (lBufOutArray[i] >> 16);
    

  16.         X = NPT * ((float)lX) / 32768;
    

  17.         Y = NPT * ((float)lY) / 32768;
    

  18.         Mag = sqrt(X * X + Y * Y) / NPT;
    

  19.         if(i == 0)
    

  20.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);
    

  21.         else
    

  22.             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);
    

  23.     }
    

  24. }

　　其中，数组lBufMagArray存储了各次谐波的幅值。
回复 赏

举报

 楼主| xujunyi3611 发表于 2019-6-27 17:24 | 显示全部楼层
2.6实验结果
　　通过串口，我们可以将lBufMagArray数组中各次谐波的幅值（即各个频率分量的幅值）输出打印出来，具体实验数据如下所示：
复制
  1. i,         P,       Mag,         X,         Y
    

  2.    0,         0,         4,         0,        -4
    

  3.    1,       175,        14,        -6,        -4
    

  4.    2,       350,      1492,       746,        -3
    

  5.    3,       525,        11,        -5,        -3
    

  6.    4,       700,         8,        -3,        -3
    

  7.    5,       875,         8,        -4,        -2
    

  8.    6,      1050,         6,        -3,         0
    

  9.    7,      1225,         6,        -3,         0
    

  10.    8,      1400,         8,        -4,        -2
    

  11.    9,      1575,         8,        -4,         0
    

  12.   10,      1750,         4,        -2,         0
    

  13.   11,      1925,         8,        -4,        -1
    

  14.   12,      2100,         6,        -3,         0
    

  15.   13,      2275,         5,        -2,        -2
    

  16.   14,      2450,         6,        -3,        -1
    

  17.   15,      2625,         8,        -3,        -3
    

  18.   16,      2800,         4,        -2,         0
    

  19.   17,      2975,         6,        -3,        -1
    

  20.   18,      3150,         6,        -3,         0
    

  21.   19,      3325,         6,        -3,         0
    

  22.   20,      3500,         2,        -1,         0
    

  23.   21,      3675,         4,        -2,         0
    

  24.   22,      3850,         4,        -2,         0
    

  25.   23,      4025,         4,        -2,         0
    

  26.   24,      4200,         6,        -3,         0
    

  27.   25,      4375,         6,        -3,         0
    

  28.   26,      4550,         4,        -2,         0
    

  29.   27,      4725,         6,        -3,         0
    

  30.   28,      4900,         2,        -1,         0
    

  31.   29,      5075,         4,        -2,        -1
    

  32.   30,      5250,         4,        -2,         0
    

  33.   31,      5425,         2,        -1,         0
    

  34.   32,      5600,         4,        -2,        -1
    

  35.   33,      5775,         6,        -3,        -1
    

  36.   34,      5950,         2,        -1,        -1
    

  37.   35,      6125,         6,        -3,        -1
    

  38.   36,      6300,         2,        -1,         0
    

  39.   37,      6475,         6,        -3,         0
    

  40.   38,      6650,         4,        -2,         0
    

  41.   39,      6825,         4,        -2,        -1
    

  42.   40,      7000,         2,        -1,         0
    

  43.   41,      7175,         6,        -3,         0
    

  44.   42,      7350,         2,        -1,         0
    

  45.   43,      7525,         2,        -1,         0
    

  46.   44,      7700,         2,        -1,         0
    

  47.   45,      7875,         2,        -1,         0
    

  48.   46,      8050,         4,        -2,         0
    

  49.   47,      8225,         2,        -1,         0
    

  50.   48,      8400,      2696,      1348,         0
    

  51.   49,      8575,         2,        -1,        -1
    

  52.   50,      8750,         0,         0,         0
    

  53.   51,      8925,         4,        -2,        -1
    

  54.   52,      9100,         2,         0,        -1
    

  55.   53,      9275,         0,         0,         0
    

  56.   54,      9450,         2,        -1,        -1
    

  57.   55,      9625,         2,        -1,         0
    

  58.   56,      9800,         2,        -1,         0
    

  59.   57,      9975,         2,        -1,        -1
    

  60.   58,     10150,         2,        -1,        -1
    

  61.   59,     10325,         2,        -1,         0
    

  62.   60,     10500,         0,         0,         0
    

  63.   61,     10675,         2,        -1,         0
    

  64.   62,     10850,         4,        -2,        -1
    

  65.   63,     11025,         2,        -1,        -1
    

  66.   64,     11200,         0,         0,         0
    

  67.   65,     11375,         2,        -1,         0
    

  68.   66,     11550,         0,         0,         0
    

  69.   67,     11725,         2,        -1,        -1
    

  70.   68,     11900,         2,        -1,        -1
    

  71.   69,     12075,         2,        -1,         1
    

  72.   70,     12250,         2,        -1,         1
    

  73.   71,     12425,         4,        -2,         1
    

  74.   72,     12600,         4,        -2,        -1
    

  75.   73,     12775,         2,        -1,         1
    

  76.   74,     12950,         0,         0,         0
    

  77.   75,     13125,         4,        -2,         0
    

  78.   76,     13300,         4,        -2,         0
    

  79.   77,     13475,         2,        -1,         0
    

  80.   78,     13650,         2,        -1,         0
    

  81.   79,     13825,         4,        -2,        -1
    

  82.   80,     14000,         2,        -1,         0
    

  83.   81,     14175,         4,        -2,         0
    

  84.   82,     14350,         2,        -1,         1
    

  85.   83,     14525,         4,        -2,         1
    

  86.   84,     14700,         4,        -2,         1
    

  87.   85,     14875,         2,        -1,         1
    

  88.   86,     15050,         4,        -2,         0
    

  89.   87,     15225,         2,        -1,         0
    

  90.   88,     15400,         4,        -2,         1
    

  91.   89,     15575,         4,        -2,         1
    

  92.   90,     15750,         2,        -1,         0
    

  93.   91,     15925,         2,        -1,         1
    

  94.   92,     16100,         2,        -1,         1
    

  95.   93,     16275,         2,        -1,         1
    

  96.   94,     16450,         4,        -2,         1
    

  97.   95,     16625,         2,        -1,         1
    

  98.   96,     16800,         2,        -1,        -1
    

  99.   97,     16975,         4,        -2,         0
    

  100.   98,     17150,         2,        -1,         0
    

  101.   99,     17325,         4,        -2,         0
    

  102.  100,     17500,         4,        -2,         1
    

  103.  101,     17675,         4,        -2,         0
    

  104.  102,     17850,         4,        -2,         1
    

  105.  103,     18025,         4,        -2,        -1
    

  106.  104,     18200,         2,        -1,         1
    

  107.  105,     18375,         4,        -2,         0
    

  108.  106,     18550,         2,        -1,         1
    

  109.  107,     18725,      3996,      1998,         1
    

  110.  108,     18900,         2,        -1,         0
    

  111.  109,     19075,         2,        -1,         1
    

  112.  110,     19250,         4,        -2,         1
    

  113.  111,     19425,         4,        -2,         1
    

  114.  112,     19600,         2,         0,         1
    

  115.  113,     19775,         2,        -1,         0
    

  116.  114,     19950,         0,         0,         0
    

  117.  115,     20125,         4,        -2,         1
    

  118.  116,     20300,         2,         0,         1
    

  119.  117,     20475,         2,         0,         1
    

  120.  118,     20650,         2,        -1,         1
    

  121.  119,     20825,         2,        -1,         1
    

  122.  120,     21000,         2,        -1,         1
    

  123.  121,     21175,         2,        -1,         0
    

  124.  122,     21350,         2,         0,         1
    

  125.  123,     21525,         2,        -1,         0
    

  126.  124,     21700,         0,         0,         0
    

  127.  125,     21875,         2,        -1,         1
    

  128.  126,     22050,         2,        -1,         1
    

  129.  127,     22225,         2,         0,         1
　　在以上的实验数据中，我们分别打印出来了点数、频率、幅值、实部、虚部信息。
　　由以上的实验数据，我们可以看出，在频率为350Hz，8400Hz和18725Hz时，幅值出现峰值，分别为1492、2696和3996，这与我们所预期的结果正好相符，从而验证了实验结果的正确性。

回复 赏

举报

whtwhtw 发表于 2019-7-30 14:52 | 显示全部楼层
赞一个！
回复 赏

举报

zlmin 发表于 2019-10-3 20:11 来自手机 | 显示全部楼层
感谢分享！感谢分享！
回复 赏

举报

holts 发表于 2020-1-7 11:19 | 显示全部楼层
真的不错，有没有人试过把这个库用在NV的芯片 ？
回复 赏

举报

operating 发表于 2020-2-11 11:29 | 显示全部楼层
之前做过一次FFT算法，没有用到库，比较复杂
回复 赏

举报

jiekou001 发表于 2020-2-12 19:30 | 显示全部楼层
库函数都是优化过的
回复 赏

举报

幸福小强 发表于 2020-2-13 10:52 | 显示全部楼层
人声范围
回复 赏

举报

shaozh 发表于 2020-2-22 15:16 | 显示全部楼层
不错的教程
回复 赏

举报

返回列表 发新帖
高级模式
B Color Image Link Quote Code Smilies
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

xujunyi3611

60

主题

376

帖子

2

粉丝
快速回复 在线客服 返回列表 返回顶部