STM32的DSP库的应用

发表于 2018-1-31 18:56

本篇内容将简要分析STM32自带的DSP库文件，其用汇编语言编写，代码执行效率明显优于C语言，ST公司封装好了了库文件，我们不必看懂其汇编代码，只要会调用接口函数即可。

1,代码分析

首先我们需要在一个已经建立好的工程文件里添加如下编译路径：

工程需要添加的文件如下图：

   为了产生fft变换信号，我们可以自己产生个采样信号：使用三角函数生成采样点，供FFT计算，fx  = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs)。
   模拟采样数据,采样数据中包含3种频率正弦波：50Hz，2500Hz，2550Hz， lBUFIN数组中，每个单元数据高字(高16位)中存储采样数据的实部，低字(低16位)存储采样数据的虚部(总是为0)。
   其中dsp_asm_init()函数的作用是产生采样信号，实际工程应用中我们使用的是ADC采样的处理值。dsp_asm_test()函数的作用是进行FFT变换，并计算各次谐波幅值。具体代码参见下面：

发表于 2018-1-31 18:56

复制

/*

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

*                                     MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE

*

*                             (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL

*

*               All rights reserved.  Protected by international copyright laws.

*               Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product.

*               Please help us continue to provide the Embedded community with the finest

*               software available.  Your honesty is greatly appreciated.

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

*/



/*

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

*

*                                        BOARD SUPPORT PACKAGE

*

*                                     ST Microelectronics STM32

*                                              with the

*                                   STM3210B-EVAL Evaluation Board

*

* Filename      : bsp.c

* Version       : V1.00

* Programmer(s) : Brian Nagel

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

*/



/*

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

*                                             INCLUDE FILES

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

*/



#define  DSP_ASM

#include "stm32f10x.h"

#include "dsp_asm.h"

#include "stm32_dsp.h"

#include "table_fft.h"

#include <stdio.h>

#include <math.h>





/*

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

*                                           LOCAL CONSTANTS

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

*/

#define PI2 6.28318530717959

#define NPT_1024 1024

//#define NPT_256 256

//#define NPT_1024 1024



// N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz

#ifdef NPT_64

#define NPT 64

#define Fs  3200

#endif



// N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz

#ifdef NPT_256

#define NPT 256

#define Fs  6400

#endif



// N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz

#ifdef NPT_1024

#define NPT 1024

#define Fs  5120

#endif





/*

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

*                                          LOCAL DATA TYPES

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

*/





/*

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

*                                            LOCAL TABLES

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

*/





/*

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

*                                       LOCAL GLOBAL VARIABLES

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

*/

long lBUFIN[NPT];         /* Complex input vector */

long lBUFOUT[NPT];        /* Complex output vector */

long lBUFMAG[NPT];/* Magnitude vector */

/*

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

*                                      LOCAL FUNCTION PROTOTYPES

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

*/

void dsp_asm_powerMag(void);



/*

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

*                                     LOCAL CONFIGURATION ERRORS

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

*/





/*

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

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

**                                         Global Functions

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

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

*/



void  dsp_asm_init()

{

  u16 i=0;

  float fx;

  for(i=0;i<NPT;i++)

  {

    fx  = 4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs);

    lBUFIN[i] = ((long)fx)<<16;

  }

}



void  dsp_asm_test() 

{



#ifdef NPT_64

  cr4_fft_64_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);

#endif



#ifdef NPT_256

  cr4_fft_256_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);

#endif



#ifdef NPT_1024

  cr4_fft_1024_stm32(lBUFOUT, lBUFIN, NPT);

#endif



  // 计算幅值

  dsp_asm_powerMag();

  

}



void dsp_asm_powerMag(void)

{

  s16 lX,lY;

  u32 i;

  for(i=0;i<NPT/2;i++)

  {

    lX  = (lBUFOUT[i] << 16) >> 16;

    lY  = (lBUFOUT[i] >> 16);

    {

    float X    = NPT * ((float)lX) /32768;

    float Y    = NPT * ((float)lY) /32768;

    float Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT;

    lBUFMAG[i]    = (u32)(Mag * 65536);

    }

  }

}



dsp_asm.c

发表于 2018-1-31 18:57

复制

/*

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

*                                     MICIRUM BOARD SUPPORT PACKAGE

*

*                             (c) Copyright 2007; Micrium, Inc.; Weston, FL

*

*               All rights reserved.  Protected by international copyright laws.

*               Knowledge of the source code may NOT be used to develop a similar product.

*               Please help us continue to provide the Embedded community with the finest

*               software available.  Your honesty is greatly appreciated.

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

*/



/*

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

*

*                                        BOARD SUPPORT PACKAGE

*

*                                     ST Microelectronics STM32

*                                              with the

*                                   STM3210B-EVAL Evaluation Board

*

* Filename      : bsp.h

* Version       : V1.00

* Programmer(s) : Brian Nagel

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

*/



#ifndef  __DSP_ASM_H__

#define  __DSP_ASM_H__



/*

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

*                                               EXTERNS

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

*/



#ifdef   DSP_ASM

#define  DSP_EXT

#else

#define  DSP_EXT  extern

#endif



/*

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

*                                             INCLUDE FILES

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

*/









/*

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

*                                          GLOBAL VARIABLES

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

*/





/*

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

*                                               MACRO'S

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

*/





/*

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

*                                            FUNCTION PROTOTYPES

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

*/



void    dsp_asm_test(void);

void  dsp_asm_init(void);



#endif                                                          /* End of module include.                               */



dsp_asm.h

发表于 2018-1-31 18:57

着重分析下dsp_asm_powerMag()函数的作用，其函数就是求幅值，首先定义的的一个16位的有符号的数据IX 和IY 这两个只是中间变量，然后定义的i，是32位的无符号型。语句的目的是Mag = sqrt(X*X + Y*Y)/NPT。但直接这么写不符合DSP的计算习惯也就是不符合浮点运算的习惯。因此语句在for函数i写道 lX  = (lBUFOUT[i] << 16) >> 16 就是取32位的i的低16位数据，lY  = (lBUFOUT[i] >> 16);是取高16位数据。下面的两句
float X = NPT * ((float)lX) /32768;
float Y = NPT * ((float)lY) /32768
目的就是把数据浮点化，至于为什么是除以32768 。可以这么说，浮点化就好像10进制里面的科学计数法。32768=2的15次。除以32768也就是去除了浮点数后面的那个基数，只剩下前面的。比如1991 改写成1.991*10的三次幂，再除以10的三次方，只剩下1.991，便于余下的运算。至于最后一句要乘以65536是因为我们定义的数据和我们需要求得的数据都是无符号32位的，之前已经把32位的数据拆开又分别浮点化了又开了个根号，所以再把它变回来只需要乘以2的16次，也就是65536.比如说问你什么时候生日，你说是19911030，然而DSP是不习惯这么干的，他需要把它拆开为1991和1030。再写成1.991x10的3次方和1.030x10的3次方。然后才能进行其他的运算。
   这里是ST公司采用了DSP专用芯片（主要是指TI）的写法，也就是说尽管DSP的芯片类型很多，数据变量的定义也各有差异，但原理是一样的，最终还是要采用DSP习惯的运算方式。至于为什么一定要采用浮点运算，因为机器是傻子，然而TI公司的工程师是天才。

   main函数中我们只需在while（1）前加上dsp_asm_init();  dsp_asm_test();即可。

发表于 2018-1-31 18:59

2，实验现象

注意FFT运算结果的对称性，也即256点的运算结果，只有前面128点的数据是有效可用的。

① N=64,Fs/N=50Hz,Max(Valid)=1600Hz，64点FFt，采样率3200Hz,频率分辨率50Hz，测量最大有效频率1600Hz

64点FFT运算结果图（局部）：

   上图中，数组下标X对应的谐波频率为：N×Fs/64=N×3200/64=N*50Hz.

   lBUFMAG[1] 对应 50Hz谐波幅值。

上图中由于FFT分辨率50HZ，最大只能识别1600Hz谐波，导致结果中出现错误的数据。

      ②N=256,Fs/N=25Hz,Max(Valid)=3200Hz，256点FFt，采样率6400Hz,频率分辨率25Hz，测量最大有效频率3200Hz
256点FFT运算结果图（局部）：

   上图中，数组下标X对应的谐波频率为：N×Fs/256=N×6400/256=N*25Hz.

   lBUFMAG[2] 对应 2×25 =50Hz谐波幅值

   lBUFMAG[100] 对应 100×25=2500Hz谐波幅值

   lBUFMAG[102] 对应 102×25=2550Hz谐波幅值

③N=1024,Fs/N=5Hz,Max(Valid)=2560Hz，1024点FFt，采样率5120Hz,频率分辨率5Hz，测量最大有效频率2560Hz

1024点FFT运算结果图（局部）：

上图中，数组下标X对应的谐波频率为：N×Fs/1024=N×5120/1024=N*5Hz.

   lBUFMAG[10] 对应 10×5 =50Hz谐波幅值

   lBUFMAG[500] 对应 500×5=2500Hz谐波幅值

   lBUFMAG[510] 对应 510×5=2550Hz谐波幅值

总结：该工程中模拟信号源为：4000 * sin(PI2*i*50.0/Fs) + 4000 * sin(PI2*i*2500.0/Fs) + 4000*sin(PI2*i*2550.0/Fs)。

信号为1个50Hz、1个2500Hz、1个2550Hz的正弦波混合信号，幅值为均为4000。

发表于 2018-1-31 21:45

确实好多都是内嵌汇编写的，为了提高速度，ST写这个库也是费了大工夫的。

发表于 2018-2-6 18:01

是的，这个肯定开发人员费了不少心血。

发表于 2018-7-27 16:35

请问楼主有没有完整的DSP库？可以分享一下吗，感谢！

发表于 2018-7-30 16:13

DSP的芯片类型很多，数据变量的定义也各有差异，但原理是一样的

[应用相关] STM32的DSP库的应用

相关帖子

浏览过的版块