[STM32U3] 【NUCLEO-U3C5ZI 测评】HSP硬件加速对比测试

// 生成标准测试信号:50Hz基波 + 120Hz谐波 + 高斯白噪声

void generate_test_signal(void) {

  for(uint32_t n = 0; n < FFT_POINT; n++) {

    // 50Hz基波

    float32_t wave_50hz = 1.0f * sin(2 * PI * 50 * n / SAMPLE_FREQ);

    // 120Hz谐波

    float32_t wave_120hz = 0.3f * sin(2 * PI * 120 * n / SAMPLE_FREQ);

    // 高斯白噪声（幅值0.05，模拟真实环境噪声）

    float32_t noise = 0.05f * ((float32_t)rand() / (float32_t)RAND_MAX * 2 - 1);

    // 合成测试信号

    test_signal[n] = wave_50hz + wave_120hz + noise;

  }

  printf("Generate test signals: 50Hz, 1V | 120Hz, 0.3V | %d Samples\r\n", FFT_POINT);

}



// 计算FFT频谱幅值（实序列FFT，取前N/2个点）

void calculate_fft_magnitude(float32_t *fft_output, float32_t *mag_output) {

  for(uint32_t n = 0; n < FFT_POINT/2; n++) {

    float32_t real = fft_output[2*n];

    float32_t imag = fft_output[2*n + 1];

    mag_output[n] = sqrt(real*real + imag*imag) / (FFT_POINT/2);

  }

}



// 纯CPU版1024点FFT运算

void fft_cpu_run(void) {

  // 初始化CMSIS-DSP FFT实例

  arm_cfft_instance_f32 fft_inst;

  arm_cfft_init_f32(&fft_inst, FFT_POINT);



  // 拷贝测试信号到FFT输入缓冲区（实序列，虚部补0）

  for(uint32_t n = 0; n < FFT_POINT; n++) {

    fft_output_cpu[2*n] = test_signal[n];

    fft_output_cpu[2*n + 1] = 0.0f;

  }



  // 开启DWT计数器，精准测量运算耗时

  time_start = DWT->CYCCNT;

  // 执行FFT运算

  arm_cfft_f32(&fft_inst, fft_output_cpu, 0, 1);

  time_end = DWT->CYCCNT;



  // 计算运算耗时（单位：ms）

  time_cost_cpu = (float32_t)(time_end - time_start) / (SystemCoreClock / 1000);

  printf("\r\nARM FFT complete, processing time: %.8f ms\r\n", time_cost_cpu);



  // 计算频谱幅值

  calculate_fft_magnitude(fft_output_cpu, fft_mag_cpu);



  // 输出50Hz、120Hz频点的幅值，验证结果正确性

        for (int i = 0; i<SAMPLE_FREQ/2; i++) {

                if (fft_mag_cpu[i] > 0.1) printf("ARM_FFT Amptitude(%dHz): %.8f V\r\n", i, fft_mag_cpu[i]);

        }

}







static hsp_engine_context_t hmw;





// HSP硬件加速版1024点FFT运算

void fft_hsp_run(void) {

  // 初始化HSP FFT配置

  if (HSP_Engine_IF_Init(&hmw) != HSP_IF_OK)

  {

    Error_Handler();

  }



  if (HSP_CORE_Init(&hmw, hmw.hdriver) != HSP_CORE_OK)

  {

    Error_Handler();

  }

  /* USER CODE BEGIN HSP_Engine_Init_PostTreatment */



  // 拷贝测试信号到FFT输入缓冲区（实序列，虚部补0）

  for(uint32_t n = 0; n < FFT_POINT; n++) {

    fft_output_hsp[2*n] = test_signal[n];

    fft_output_hsp[2*n + 1] = 0.0f;

  }

        

  // 开启DWT计数器，精准测量运算耗时

  time_start = DWT->CYCCNT;

  // 执行HSP硬件FFT运算（阻塞模式，也可使用DMA非阻塞模式）

  HSP_ACC_Fft_f32(&hmw, fft_output_hsp, HSP_LOG2NBP_1024, 0U, 1U);

  time_end = DWT->CYCCNT;



  // 计算运算耗时（单位：ms）

  time_cost_hsp = (float32_t)(time_end - time_start) / (SystemCoreClock / 1000);

  printf("\r\nHSP ACC FFT Complete, processing time: %.8f ms\r\n", time_cost_hsp);



  // 计算频谱幅值

  calculate_fft_magnitude(fft_output_hsp, fft_mag_hsp);



  // 输出50Hz、120Hz频点的幅值，验证结果正确性

        for (int i = 0; i<SAMPLE_FREQ/2; i++) {

                if (fft_mag_hsp[i] > 0.1) printf("HSP_FFT Amptitude(%dHz): %.8f V\r\n", i, fft_mag_hsp[i]);

        }

}

Generate test signals: 50Hz, 1V | 120Hz, 0.3V | 1024 Samples



ARM FFT complete, processing time: 3.81679177 ms

ARM_FFT Amptitude(50Hz): 1.00090158 V

ARM_FFT Amptitude(120Hz): 0.30055258 V



HSP ACC FFT Complete, processing time: 0.06763542 ms

HSP_FFT Amptitude(50Hz): 1.00090158 V

HSP_FFT Amptitude(120Hz): 0.30055258 V



===== Spectral amplitude analysis =====

Freq:  50 | ARM FFT Amp: 1.000902 | HSP ACC FFT AMP: 1.000902 | err_Abs: 0.000000 | err_Rel: 0.0000 %

Freq: 120 | ARM FFT Amp: 0.300553 | HSP ACC FFT AMP: 0.300553 | err_Abs: 0.000000 | err_Rel: 0.0000 %



Amptitude Error Report

Ave Abs Error: 0.00000000

Max Abs Error: 0.00000007

Max Rel Error: 0.0062 %

MSE: 0.00000000

RMSE: 0.00000000