STM32F429的DSP教程、初学数字信号处理准备工作

只看该作者 · 2022-3-28 15:50

第1章初学数字信号处理准备工作

本期教程开始带领大家学习DSP教程，学习前首先要搞明白一个概念，DSP有两层含义，一个是DSP芯片也就是Digital Signal Processor，另一个是Digital Signal Processing，也就是我们常说的数字信号处理技术。本教程主要讲的是后者。

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1.1 初学者重要提示
  关于学习方法问题，可以看附件章节A。
  这几年单片机的性能越来越强劲，DSP芯片的中低端应用基本都可以用单片机来做。
  当前单片机AI也是有一定前景的，ARM一直在大力推进，很多软件厂商和研究机构也在不断的努力。通过此贴可以了解下:单片机AI的春天真的来了，ARM最新DSP库已经支持NEON，且支持Python 。

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1.2 STM32F4的DSP功能介绍
STM32F4是采用的Cortex-M4内核，而DSP功能是内核自带的，下面我们通过M4内核框图来了解下：

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重点看如下两个设计单元：

DSP
DSP单元集成了一批专用的指令集（主要是SMID指令和快速MAC乘累加指令），可以加速数字信号处理的执行速度。

FPU
Cortex-M4内核支持单精度浮点，可以大大加速浮点运算的处理速度。

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下面是Cortex-M3，M4和M7的指令集爆炸图：

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通过这个图，我们可以了解到以下几点：

  M4和M7系列有相同的DSP指令集。
  M7相比M4系列要多一些浮点指令集。
  同时这里要注意一个小细节，浮点指令都是以字符V开头的。通过这点，我们可以方便的验证是否正确开启了FPU（MDK或者IAR调试状态查看浮点运算对应的反汇编是否有这种指令）。

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不同M内核的DSP性能比较：

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Cortex-M7内核的DSP性能最强。
Cortex-M3，M4和M33是中等性能，其中M3最弱。
Cortex-M0，M0+和M23性能最弱。

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1.3 Cortex-M4内核的DSP和专业DSP的区别
M核的DSP处理单元与专业DSP的区别：

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1.4 ARM提供的CMSIS-DSP库
为了方便用户实现DSP功能，ARM专门做一个DSP库CMSIS-DSP，主要包含以下数字信号处理算法:

BasicMathFunctions

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提供了基本的数据运算，如加减乘除等基本运算，以_f32结尾的函数是浮点运算，以_q8, _q15, _q31,结尾的函数是定点运算，下面是部分API截图：

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FastMathFunctions
主要提供SIN，COS以及平方根SQRT的运算。

ComplexMathFunctions

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复杂数**算，主要是向量，求模等运算。下面是部分API截图：

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主要是滤波函数，如IIR，FIR，LMS等，下面是部分API截图：