【华大测评】FFT测试

HC32F460使用CMSIS v5.7.0中的DSP库arm_cortexM4l_math.lib和arm_cortexM4lf_math.lib进行FFT测试。时钟为200MHz，开启FLASH Cache：
分别测试arm_cfft_f32、arm_cfft_radix2_f32、arm_cfft_radix4_f32、arm_rfft_fast_f32的执行效率。测试程序如下：

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/*******************************************************************************

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 * (the "License"); You may not use this file except in compliance with the

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 *                    opensource.org/licenses/BSD-3-Clause

 */

/******************************************************************************/

/** \file main.c

 **

 ** \brief This sample demonstrates how to set GPIO as output function.

 **

 **   - 2021-04-16 CDT first version for Device Driver Library of GPIO.

 **

 ******************************************************************************/



/*******************************************************************************

 * Include files

 ******************************************************************************/

#include "hc32_ddl.h"

#include "ev_hc32f460_lqfp100_v1.h"

#include "TIM_Measure.h"



#include "arm_math.h"

#include "arm_const_structs.h"

/*******************************************************************************

 * Local type definitions ('typedef')

 ******************************************************************************/



/*******************************************************************************

 * Local pre-processor symbols/macros ('#define')

 ******************************************************************************/

#define LENGTH                                                1024   

#define DOUBLE_LENGTH                        2*LENGTH              

#define FS                                                                5000.0f  



/*******************************************************************************

 * Global variable definitions (declared in header file with 'extern')

 ******************************************************************************/



/*******************************************************************************

 * Local function prototypes ('static')

 ******************************************************************************/



/*******************************************************************************

 * Local variable definitions ('static')

 ******************************************************************************/

float t = 0.0f;        

float CFFT_Inputbuf[DOUBLE_LENGTH];    //FFT输入数组

float CFFT_Outputbuf[LENGTH];    //FFT输出数组

float CFFT_x2_Inputbuf[DOUBLE_LENGTH];    //FFT输入数组

float CFFT_x2_Outputbuf[LENGTH];    //FFT输出数组

float CFFT_x4_Inputbuf[DOUBLE_LENGTH];    //FFT输入数组

float CFFT_x4_Outputbuf[LENGTH];    //FFT输出数组

float RFFT_Inputbuf[LENGTH];    //FFT输入数组

float RFFT_Outputbuf[LENGTH];    //FFT输出数组

float RFFT_Output_buf[LENGTH];    //FFT输出数组

/*******************************************************************************

 * Function implementation - global ('extern') and local ('static')

 ******************************************************************************/

/**

 *******************************************************************************

 ** \brief  Main function of GPIO output

 **

 ** \param  None

 **

 ** \retval int32_t Return value, if needed

 **

 ******************************************************************************/

int32_t main(void)

{

                int i = 0;

    stc_clk_freq_t stc_clk;

        

                arm_rfft_fast_instance_f32 S1;

                arm_cfft_radix2_instance_f32 S2;

                arm_cfft_radix4_instance_f32 S4;

        

                BSP_CLK_Init();



    DDL_PrintfInit(BSP_PRINTF_DEVICE, BSP_PRINTF_BAUDRATE, BSP_PRINTF_PortInit);

                

                TIM_Measure_Init();

        

    CLK_GetClockFreq(&stc_clk);

                DDL_Printf("System Clock: %dMHz\n",stc_clk.sysclkFreq/1000/1000);

        

                DDL_Printf("\n");

                

        

                for(i = 0;i < LENGTH;i++)

                {

                                CFFT_Inputbuf[i << 1] = 10 + 4.5*arm_sin_f32(2*PI*i*200/ FS)+ 3.2*arm_sin_f32(2*PI*i*350/ FS);

                                CFFT_Inputbuf[(i << 1) + 1] = 0;

                

                                CFFT_x2_Inputbuf[i << 1] = 10 + 4.5*arm_sin_f32(2*PI*i*200/ FS)+ 3.2*arm_sin_f32(2*PI*i*350/ FS);

                                CFFT_x2_Inputbuf[(i << 1) + 1] = 0;

                

                                CFFT_x4_Inputbuf[i << 1] = 10 + 4.5*arm_sin_f32(2*PI*i*200/ FS)+ 3.2*arm_sin_f32(2*PI*i*350/ FS);

                                CFFT_x4_Inputbuf[(i << 1) + 1] = 0;

                

                                RFFT_Inputbuf[i << 1] = 10 + 4.5*arm_sin_f32(2*PI*i*200/ FS)+ 3.2*arm_sin_f32(2*PI*i*350/ FS);

                }

                

    while(1)

    {

                        TIM_Measure_Start();

                        arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024,CFFT_Inputbuf,0,1);

                        TIM_Measure_Stop();

                        t = Get_Time();

                        DDL_Printf("arm_cfft_f32 use time: %fus\n",t*1000.0f);

                

                        arm_cmplx_mag_f32(CFFT_Inputbuf,CFFT_Outputbuf,LENGTH); 

                        DDL_Printf("calc amp at base: %f,actual is 10\n",CFFT_Outputbuf[0]/LENGTH);

                        DDL_Printf("calc amp at 200Hz: %f,actual is 4.5\n",CFFT_Outputbuf[(unsigned int)(200*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("calc amp at 350Hz: %f,actual is 3.2\n",CFFT_Outputbuf[(unsigned int)(350*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("\n");

                        

                        arm_cfft_radix2_init_f32(&S2,LENGTH,0,1);

                        TIM_Measure_Start();

                        arm_cfft_radix2_f32(&S2,CFFT_x2_Inputbuf);

                        TIM_Measure_Stop();

                        t = Get_Time();

                        DDL_Printf("arm_cfft_radix2_f32 use time: %fus\n",t*1000.0f);

                

                        arm_cmplx_mag_f32(CFFT_x2_Inputbuf,CFFT_x2_Outputbuf,LENGTH); 

                        DDL_Printf("calc amp at base: %f,actual is 10\n",CFFT_x2_Outputbuf[0]/LENGTH);

                        DDL_Printf("calc amp at 200Hz: %f,actual is 4.5\n",CFFT_x2_Outputbuf[(unsigned int)(200*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("calc amp at 350Hz: %f,actual is 3.2\n",CFFT_x2_Outputbuf[(unsigned int)(350*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("\n");

                        

                        arm_cfft_radix4_init_f32(&S4,LENGTH,0,1);

                        TIM_Measure_Start();

                        arm_cfft_radix4_f32(&S4,CFFT_x4_Inputbuf);

                        TIM_Measure_Stop();

                        t = Get_Time();

                        DDL_Printf("arm_cfft_radix4_f32 use time: %fus\n",t*1000.0f);

                

                        arm_cmplx_mag_f32(CFFT_x4_Inputbuf,CFFT_x4_Outputbuf,LENGTH); 

                        DDL_Printf("calc amp at base: %f,actual is 10\n",CFFT_x4_Outputbuf[0]/LENGTH);

                        DDL_Printf("calc amp at 200Hz: %f,actual is 4.5\n",CFFT_x4_Outputbuf[(unsigned int)(200*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("calc amp at 350Hz: %f,actual is 3.2\n",CFFT_x4_Outputbuf[(unsigned int)(350*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("\n");

                        

                        arm_rfft_fast_init_f32(&S1,LENGTH);

                        TIM_Measure_Start();

                        arm_rfft_fast_f32(&S1,RFFT_Inputbuf,RFFT_Outputbuf,0);

                        TIM_Measure_Stop();

                        t = Get_Time();

                        DDL_Printf("arm_rfft_fast_f32 use time: %fus\n",t*1000.0f);

                

                        arm_cmplx_mag_f32(RFFT_Outputbuf,RFFT_Output_buf,LENGTH); 

                        DDL_Printf("calc amp at base: %f,actual is 10\n",RFFT_Output_buf[0]/LENGTH);

                        DDL_Printf("calc amp at 200Hz: %f,actual is 4.5\n",RFFT_Output_buf[(unsigned int)(200*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("calc amp at 350Hz: %f,actual is 3.2\n",RFFT_Output_buf[(unsigned int)(350*LENGTH/FS) + 1]/(LENGTH/2.0f));

                        DDL_Printf("\n");

                        while(1);

    };

}



/*******************************************************************************

 * EOF (not truncated)

 ******************************************************************************/

不开启FPU:

开启FPU:

可以看出FPU和FLASH Cache对结果影响很大。不知为什么arm_rfft_fast_f32始终不能得到正确结果。
HC32F460_FFT.zip (2.72 MB, 下载次数: 44)

2021-12-16 20:10 上传

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fft对时钟的最低要求是多快的呢

执行效率的影响因素一般都有哪些呢

fft运行的时间如何能够精确的测量呢

做fft的测试一定要使用flash才能完成吗

想要实现fft的计算 除了对频率 有要求外 对其他硬件有米有要求呢

我们都可以通过哪些数据来评测fft呢

200MHZ主频还是已经很不错了

在交流信号测量中会用到FFT算法。

这个对时钟还有要求吗

标准主频就是200M吗？

CMSIS DSP库中提供了FFT函数

HC32F460使用CMSIS v5.7.0中的DSP库arm_cortexM4l_math.lib和arm_cortexM4lf_math.lib进行FFT测试。

建议使用非特定于硬件的库函数              

交流信号测量有效值等参数就是用FFT算法

启用了FPU？               

#include<stdio.h>
#include "arm_math.h"

#define SAMPLES 128
float32_t input[SAMPLES];
float32_t output[SAMPLES];

int main(void) {
    arm_rfft_fast_instance_f32 S;
    arm_status status;

    // 初始化实数FFT实例
    status = arm_rfft_fast_init_f32(&S, SAMPLES);
    if (status != ARM_MATH_SUCCESS) {
        printf("Error initializing FFT\n");
        return 1;
    }

    // 生成输入信号（例如正弦波）
    for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
        input[i] = sin(2 * PI * i / SAMPLES);
    }

    // 执行实数FFT
    arm_rfft_fast_f32(&S, input, output, 0);

    // 输出结果
    for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
        printf("%d: %f\n", i, output[i]);
    }

    return 0;
}

arm_cortexM4l_math.lib和arm_cortexM4lf_math.lib分别是为带有浮点运算的Cortex-M4处理器和带浮点运算的Cortex-M4F处理器优化的。

参考CMSIS DSP库的官方文档和示例代码，可以帮助你更快地理解和使用库中的功能。

可以在任何Cortex-M处理器上运行