STM32使用ARM优化数学库arm_math.h函数库配置指南

发表于 2023-3-28 11:21

为什么要用到这个库
这段时间在调Robomaster的电机，用的是大疆的F427主控，角度控制为了达到快速精准的效果，需要将PID的一个段写成非线性的方式，要用到"math.h"库当中的pow函数，但是使用KEIL自带的math.h对于单片机来说效率并不高，可能过多占用MCU，经了解，发现ARM提供了一个专为单片机设计的基于CM4内核的一个数学库，可以基于内核级别的数**算优化，比传统的数学库速度快十到百倍左右，于是学习了一下调用这个函数库的一些步骤。

关于这个函数库的详细信息，请移步官网：https://www.keil.com/pack/doc/CMSIS/DSP/html/arm__math_8h.html

发表于 2023-3-28 11:23

开始配置
废话不多说，我们先来看看存放Cortex内核核心外设使用的"core_cm4.h"文件：

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#if defined ( __CC_ARM )

  #if defined __TARGET_FPU_VFP

    #if defined (__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)

      #define __FPU_USED       1U

    #else

      #error "Compiler generates FPU instructions for a device without an FPU (check __FPU_PRESENT)"

      #define __FPU_USED       0U

    #endif

  #else

    #define __FPU_USED         0U

  #endif

//

第一个__CC_ARM，是选择KEIL作为编译器的分支，因此我们需要在工程宏定义中添加__CC_ARM的宏定义。然后__TARGET_FPU_VFP也是必须要添加到宏定义中的。

再来说说__FPU_PRESENT和__FPU_USED这两个宏定义的作用吧，__FPU_PRESENT在编译时，编译系统用于判断该设备是否拥有FPU运算功能，也就是说，它作为编译是否加入FPU的总开关，因此我们需要加入这个宏，并且将它设为1。

但是仔细看看，stm32f427xx.h文件中已经有了这个宏定义，表示stm32f427系列是支持FPU功能的：

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#define __CM4_REV                 0x0001U  /*!< Core revision r0p1                            */

#define __MPU_PRESENT             1U       /*!< STM32F4XX provides an MPU                     */

#define __NVIC_PRIO_BITS          4U       /*!< STM32F4XX uses 4 Bits for the Priority Levels */

#define __Vendor_SysTickConfig    0U       /*!< Set to 1 if different SysTick Config is used  */

#define __FPU_PRESENT             1U       /*!< FPU present                                //需要注释掉

但是编辑器显示core_cm4.h直接跳到#else里面了，也就是说编译器执行到这里不认为已经定义了__FPU_PRESENT，这是由于内核文件并不会包含中间驱动的宏定义的，所以我们需要在全局添加宏定义并且赋值为1：__FPU_PRESENT=1，然后编译时编译器会报错，因为重复定义了__FPU_PRESENT，所以我们把stm32f427xx.h中的__FPU_PRESENT注释掉：

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//#define __FPU_PRESENT             1U       /*!< FPU present

这样就不会编译报错了，这样，内核编译时就会定义启动内核的FPU支持：

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#define __FPU_USED       1U

这样，编译部分的修改就已经完成了。之后就是添加头文件路径和源文件路径，这里就只需要添加一个头文件路径即可，整个函数库共用这几个头文件。

接下来添加需要的源文件，至于源文件需要哪些，就要看自己的需要了，一共有下面着这一些文件夹，把自己需要的加入工程即可，全部加进来编译时间翻倍，不建议全部添加，具体的函数功能打开源文件有英文描述，非常的清晰。

全部工作做好后，就可以编译了，然后会发现编译仍然报错，提示未定义的宏，到错误处，发现arm_math.h文件中有这么一段宏判断：

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#if defined(ARM_MATH_CM7)

  #include "core_cm7.h"

  #define ARM_MATH_DSP

#elif defined (ARM_MATH_CM4)

  #include "core_cm4.h"

  #define ARM_MATH_DSP

#elif defined (ARM_MATH_CM3)

  #include "core_cm3.h"

#elif defined (ARM_MATH_CM0)

  #include "core_cm0.h"

  #define ARM_MATH_CM0_FAMILY

#elif defined (ARM_MATH_CM0PLUS)

  #include "core_cm0plus.h"

  #define ARM_MATH_CM0_FAMILY

#elif defined (ARM_MATH_ARMV8MBL)

  #include "core_armv8mbl.h"

  #define ARM_MATH_CM0_FAMILY

#elif defined (ARM_MATH_ARMV8MML)

  #include "core_armv8mml.h"

  #if (defined (__DSP_PRESENT) && (__DSP_PRESENT == 1))

    #define ARM_MATH_DSP

  #endif

#else

  #error "Define according the used Cortex core ARM_MATH_CM7, ARM_MATH_CM4, ARM_MATH_CM3, ARM_MATH_CM0PLUS, ARM_MATH_CM0, ARM_MATH_ARMV8MBL, ARM_MATH_ARMV8MML"

#endif

而ARM_MATH_DMP又是作为arm_math库的开关，所以我们需要全局宏定义ARM_MATH_CM4来开启。

最后，引入"arm_math.h"头文件，然后再编译，通过。然后就可以使用自己添加进工程的arm版本的math函数了。

发表于 2023-3-28 11:24

总结
经过前面的探索，我总结一下配置的步骤：

添加全局宏：USE_HAL_DRIVER,STM32F427xx,__CC_ARM,__TARGET_FPU_VFP,__FPU_PRESENT,ARM_MATH_CM4

注释或者删除stm32f427xx.h中关于的__FPU_PRESENT定义

添加头文件路径

添加工程需要的math源文件，ARM已经帮我们按文件夹分好类了

在工程中引入头文件#include “arm_math.h”

开始使用库中的函数

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