在STM32中使用DSP库

只看该作者 · 2022-10-29 09:00

在STM32中使用DSP库1.使用STM32CubeMX生成Keil5工程

注意：点击Project -> Settings打开工程设置窗口，点击Code Generator选项卡，在STM32Cube Firmware Library Package中选择Copy all used libraries into the project folder。

2.打开并配置Keil 5工程

(1)打开keil 5工程

(2)添加DSP库到工程中

若使用的是STM32CubeMX生成的工程，DSP库文件就在工程目录中，位于.\Drivers\CMSIS\Lib\ARM，里面有4个文件：

注：‘b’表示大端格式（Big Endian），‘l’表示小端格式（Little Endian），‘f’表示带浮点数。

我们目前使用的硬件平台是STM32F407系列，它带有FPU，同时使用的是小端格式，因此使用arm_cortexM4lf_math.lib，将它添加到工程中。

(3)点击 Project -> Options for Target，打开工程选项界面，点击Target选项卡，在Code Generation区域的Floating Point Hardware中选择Single Precision（单精度）。

点击C/C++选项卡，在Preprocessor Symbols区域的Define中添加如下内容：

ARM_MATH_CM4,__TARGET_FPU_VFP,__FPU_PRESENT=1

ARM_MATH_CM4表示在CM4中使用MATH库

__TARGET_FPU_VFP表示在目标设备中使用FPU

__FPU_PRESENT=1表示开启FPU，这个宏其实在stm32f407xx.h中有定义时，但是它并没有在core_cm4.h中起作用，在编译的时候会报错，应该是跟文件的编译顺序有关系，因此为了正常编译，在这里添加它。

(4)使用DSP库

在相应的.c文件中添加头文件：arm_math.h、arm_const_structs.h即可使用。

注：在官方的HAL库中有DSP库相关的使用例程，位于

C:\Users\Administrator\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.21.0\Drivers\CMSIS\DSP_Lib\Examples（这个是我的目录）

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原文链接：在STM32中使用DSP库_linuxweiyh的博客-CSDN博客_stm32的dsp库

STM32F4xx FPU和DSP库的使用

STM32F4xx属于Cortex M4F架构，带有32位的单精度硬件FPU(Float Point Unit)，支持浮点指令集，相对比M0和M3架构，浮点运算性能高出数十倍甚至上百倍。CortexTMM4 FPU是ARMTMFPv4-SP单精度FPU一种实现形式。

1、硬件FPU的开启

（1）通过修改代码实现

默认情况下，STM32F4xx的FPU是禁用的，可以通过设置协处理器控制寄存器（CPACR）来开启硬件FPU。在keil编程环境下，可以通过定义全局宏定义标识符_FPU_PRESENT和_FPU_USED都为1来开启硬件FPU。其中宏定义标识符_FPU_PRESENT用来确认处理是否带有FPU功能，标识符_FPU_USED用来确定是否开启FPU功能。实际上，因为STM32F4是带有FPU功能的，所以在stm32f4xx.h头文件中，默认定义_FPU_PRESENT为1。可以在文件stm32f4xx.h中找到如下定义。

若要开启FPU还需要在头文件stm32f4xx.h中定义标示符_FPU_USED的值为1。即在刚才的宏定义下边添加一个宏定义。

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（2）通过软件设置实现

如果使用的keil是5.0以上的版本，也可以直接在keil里设置开启FPU。点击图标（Options forTarget…），在”Target”选项卡里的“Code Generation”下的“Floating Point Hardware”下拉菜单中选择”Use FPU”。点击”OK“完成设置。经过设置之后，在程序编译时编译器会自动加入宏定义标识符_FPU_USED为1。

至此则完成硬件FPU的使能。在程序中如果遇到浮点运算就会使用硬件FPU相关指令，执行浮点运算，大大提升系统浮点运算速度。

2、DSP库的使用

STM32F4的Cortex-M4内核不仅内置硬件FPU单元，还支持DSP多种指令集，比如支持单周期乘加指令（MAC）、优化的单指令多数据指令（SIMD）等。因此Cortex-M4执行所有的DSP指令集都可以在单周期内完成，而Cortex-M3和M0需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能。比如开方运算，M3和M0只能通过迭代法（标准数学函数库）计算，而M4F直接调用VSQRT指令完成。

（1）获取DSP库

ST官方提供了一整套的DSP库方便我们开发使用。在ST提供的标准库：stm32f4_dsp_stdperiph_lib.zip里面就有（该文件可以从ST官网上下载：http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF257901下载，文件名：STSW-STM32065）。下载解压缩之后，在目录STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→DSP_Lib下可以找到DSP库文件和测试实例。Sourse中是所有DSP库文件源代码，Examples文件夹下是一些测试实例。

（2）DSP库简介

DSP库主要包含以下几个分库：

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。

ST提供了.lib格式的文件，方便使用这些库。这些.lib文件就是由Source文件夹下的源码编译生成的，如果想看某个函数的源码，可以在Source文件夹下面查找。.lib格式文件路径：STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→Lib→ARM，总共有8个.lib文件，和M4F相关的有两个：

arm_cortexM4bf_math.lib(浮点Cortex-M4大端模式)

arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)

STM32F4的内核CortexM4F采用小端模式，所以选择：arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)。

（3）DSP库编程环境搭建

在设置使用DSP库之前首先要先开启硬件FPU，然后按照如下步骤搭建DSP库运行环境。

首先添加库文件。在工程目录下新建DSP_LIB文件夹用于存放库文件。然后把arm_cortexM4lf_math.lib和相关头文件（路径STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0à LibrariesàCMSISà Include 里的文件）拷贝到DSP_LIB文件夹中。

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。

添加好文件之后，需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。打开工程属性设置面板，然后点击 ”C/C++“ 选项卡，点击对号处，弹出 include path 设置面板。添加 ”..\DSP_LIB“ 和 “..\DSP_LIB\Include“ 两个路径。