【STM32F407的DSP教程】第7章 ARM DSP源码和库移植方法（IAR8）

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第7章   ARM DSP源码和库移植方法（IAR8）

本期教程主要讲解ARM官方DSP源码和库的移植以及一些相关知识的介绍。

7.1 初学者重要提示

7.2 DSP库的下载和说明

7.3 DSP库版本的区别

7.4 DSP库的几个重要的预定义宏含义

7.5 DSP库在IAR上的移植（源码方式）

7.6 DSP库在IAR上的移植（库方式）

7.7 升级到最新版DSP库方法

7.8 简易DSP库函数验证

7.9 总结

7.1   初学者重要提示

1.   IAR请使用8.30及其以上版本，CMSIS请使用5.6.0及其以上版本。
2.   IAR的工程创建，下载和调试方法，在V6用户手册有详细说明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=93255 。

7.2   DSP库的下载和说明

下面详细的给大家讲解一下官方DSP库的移植。

7.2.1  DSP库的下载

DSP库是包含在CMSIS软件包（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）里面，所以下载DSP库也就是下载CMSIS软件包。这里提供三个可以下载的地方：

•   方式一：STM32CubeH7软件包里面。

每个版本的Cube软件包都会携带CMSIS文件夹，只是版本比较老，不推荐。即使是最新的CubeH7

软件包，包含的CMSIS软件包版本也有点低。

•   方式二：MDK安装目录（下面是5.6.0版本的路径）。

大家安装了新版MDK后，CMSIS软件包会存在于路径：ARMPACKARMCMSIS5.6.0CMSIS。

如果有更新的版本，推荐大家使用最新版本，MDK的软包下载地址：http://www.keil.com/dd2/Pack/ 。

 

•   方式三：GitHub。

通过GitHub获取也比较方便，地址：https://github.com/ARM-software/CMSIS_5 。点击右上角就可以下载CMSIS软件包了。

 

当然，也可以在ARM官网下载，只是这两年ARM官网升级得非常频繁，通过检索功能找资料非常麻烦。所以不推荐大家到ARM官网下载资料了。

7.2.2  DSP库的说明

这里我们以CMSIS V5.6.0为标准进行移植。打开固件库里面的CMSIS文件，可以看到如下几个文件：

 

其中DSP文件夹是我们需要的：

 

Examples文件夹中的文件如下，主要是提供了一些例子：

 

Include文件夹里面是DSP库的头文件：

 

Lib文件夹里面是MDK（ARM），IAR和CGG版库文件：

Projects文件夹里面的文件如下，提供了三个版本的工程模板，每个模板里面都是把所有源码文件添加了进来：

 

Source文件夹中的文件如下，这个是DSP的源码文件：

 

7.3   DSP库版本的区别

IAR版本的DSP库如下：

 

•   arm_cortexM4lf_math.lib

Cortex-M4内核，l表示小端格式，f表示带FPU单元，M4仅支持Single Precision单精度浮点。

•   arm_cortexM4l_math.lib

Cortex-M4内核，l表示小端格式。

•   arm_cortexM4bf_math.lib

Cortex-M4内核，b表示大端格式，f表示带FPU单元，M4仅支持Single Precision单精度浮点。

•   arm_cortexM4b_math.lib

Cortex-M4内核，b表示大端格式。

STM32F4是M4内核，单精度浮点，一般使用小端格式，所以我们选择库

arm_cortexM4lf_math.lib

7.4   DSP库的几个重要的预定义宏含义

根据用户的使用要求，这几个预定义宏可以添加到IAR的预定义选项中：

 

这里将这几个预定义宏做个介绍：

•  ARM_MATH_BIG_ENDIAN:

大端格式。

•  ARM_MATH_MATRIX_CHECK:

检测矩阵的输入输出大小。

• ARM_MATH_NEON:
• ARM_MATH_NEON_EXPERIMENTAL:

这两个暂时用不到，因为M0，M3，M4和M7内核不支持NEON指令，需要等待升级到ARMv8.1-M架构。

•   ARM_MATH_ROUNDING:

主要用在浮点数转Q32，Q15和Q7时，类似四舍五入的处理上，其它函数没用到。

•   ARM_MATH_LOOPUNROLL:

用于4个为一组的的小批量处理上，加快执行速度。

通过下面的求绝对值函数，可以方便的看出区别：

void arm_abs_f32(
  const float32_t * pSrc,
        float32_t * pDst,
        uint32_t blockSize)
{
        uint32_t blkCnt;                               /* Loop counter */

#if defined(ARM_MATH_NEON)
    float32x4_t vec1;
    float32x4_t res;

    /* Compute 4 outputs at a time */
    blkCnt = blockSize >> 2U;

    while (blkCnt > 0U)
    {
        /* C = |A| */

            /* Calculate absolute values and then store the results in the destination buffer. */
        vec1 = vld1q_f32(pSrc);
        res = vabsq_f32(vec1);
        vst1q_f32(pDst, res);

        /* Increment pointers */
        pSrc += 4;
        pDst += 4;
        
        /* Decrement the loop counter */
        blkCnt--;
    }

    /* Tail */
    blkCnt = blockSize & 0x3;

#else
#if defined (ARM_MATH_LOOPUNROLL)

  /* Loop unrolling: Compute 4 outputs at a time */
  blkCnt = blockSize >> 2U;

  while (blkCnt > 0U)
  {
    /* C = |A| */

    /* Calculate absolute and store result in destination buffer. */
    *pDst++ = fabsf(*pSrc++);

    *pDst++ = fabsf(*pSrc++);

    *pDst++ = fabsf(*pSrc++);

    *pDst++ = fabsf(*pSrc++);

    /* Decrement loop counter */
    blkCnt--;
  }

  /* Loop unrolling: Compute remaining outputs */
  blkCnt = blockSize % 0x4U;

#else

  /* Initialize blkCnt with number of samples */
  blkCnt = blockSize;

#endif /* #if defined (ARM_MATH_LOOPUNROLL) */
#endif /* #if defined(ARM_MATH_NEON) */

  while (blkCnt > 0U)
  {
    /* C = |A| */

    /* Calculate absolute and store result in destination buffer. */
    *pDst++ = fabsf(*pSrc++);

    /* Decrement loop counter */
    blkCnt--;
  }

}

7.5   DSP库在IAR上的移植（源码移植方式）

下面我们讲解下如何在IAR上面移植DSP库源码，DSP库的移植相对比较容易。

7.5.1  第一步：建立IAR工程并添加DSP库

为了方便起见，我们这里不再专门建立一个MDK工程了，直接以V6开发板中的例子：V7-001_跑马灯例程为模板（注意，要使用我们HAL版本例子）进行添加即可。打开这个实例并在左侧添加分组CMSIS/DSP：

 

我们这里不需要添加每个C文件源码，仅需添加包含这些C文件的汇总文件，比如BasicMathFunctions.c文件里面包含的C文件就是：

#include "arm_abs_f32.c"
#include "arm_abs_q15.c"
#include "arm_abs_q31.c"
#include "arm_abs_q7.c"
#include "arm_add_f32.c"
#include "arm_add_q15.c"
#include "arm_add_q31.c"
#include "arm_add_q7.c"
#include "arm_dot_prod_f32.c"
#include "arm_dot_prod_q15.c"
#include "arm_dot_prod_q31.c"
#include "arm_dot_prod_q7.c"
#include "arm_mult_f32.c"
#include "arm_mult_q15.c"
#include "arm_mult_q31.c"
#include "arm_mult_q7.c"
#include "arm_negate_f32.c"
#include "arm_negate_q15.c"
#include "arm_negate_q31.c"
#include "arm_negate_q7.c"
#include "arm_offset_f32.c"
#include "arm_offset_q15.c"
#include "arm_offset_q31.c"
#include "arm_offset_q7.c"
#include "arm_scale_f32.c"
#include "arm_scale_q15.c"
#include "arm_scale_q31.c"
#include "arm_scale_q7.c"
#include "arm_shift_q15.c"
#include "arm_shift_q31.c"
#include "arm_shift_q7.c"
#include "arm_sub_f32.c"
#include "arm_sub_q15.c"
#include "arm_sub_q31.c"
#include "arm_sub_q7.c"

这样一来，IAR编译后会自动关联，查看源码非方便：

 

7.5.2  第二步：添加头文件路径

添加DSP所需的头文件路径，这个头文件路径是已经在模板工程中添加好的，这里只是跟大家强调一下：

 

这里要注意一点，为什么直接添加路径LibrariesCMSISInclude里面的头文件即可，而没有添加LibrariesCMSISDSPInclude，这是因为路径LibrariesCMSISInclude里面已经包含了DSP库的头文件。

7.5.3  第三步：添加宏定义

我们这里仅使能一个宏定义ARM_MATH_LOOPUNROLL：

 

7.5.4  第四步：开启FPU

需要客户通过MDK开启FPU，由于STM32F4支持单精度浮点，这里要开启Sing  Precision。

 

7.5.5  第五步：添加头文件arm_math.h

用到DSP库函数的文件得添加#include "arm_math.h"就可以调用DSP库的API了。至此就完成了DSP库的移植。

7.6   DSP库在IAR上的移植（库移植方式）

移植方法与本章7.5小节的相同，仅第1步不同，将源码的添加修改为库添加：

 

7.7   升级到最新版DSP库方法

由于CMSIS软件包试试实时更新的，这里提供一种升级的简单办法，按照本章7.1小节的说明下载到最新版CMSIS软件包，然后直接覆盖DSP工程里面的CMSIS文件夹即可。

7.8   简易DSP库函数验证

这里我们主要运行arm_abs_f32，arm_abs_q31，arm_abs_q15这三个函数，以此来验证我们移植的DSP库是否正确。

配套例子：

本章配套了如下两个例子：

•   V6-200_DSP程序模板（源码方式）
•   V6-201_DSP程序模板（库方式）

实验目的：

1. 学习官方DSP库的移植

实验内容：

1. 按下按键K1, 串口打印函数arm_abs_f32的输出结果

2. 按下按键K2, 串口打印函数arm_abs_q31的输出结果

3. 按下按键K3, 串口打印函数arm_abs_q15的输出结果

实验现象：

       通过串口上位机软件SecureCRT看打印信息现象如下（分别按几次K1，K2，K3）。如果编译的是MDK的AC6工程，特别要注意本章7.7小节所说的问题。

 

程序设计：

程序的设计也比较简单，通过按下不同的按键从而打印不同的DSP库函数执行结果，主程序如下：

#include "bsp.h"            /* 底层硬件驱动 */
#include "arm_math.h"



/* 定义例程名和例程发布日期 */
#define EXAMPLE_NAME    "V7-ARM的DSP移植模板（源码方式）"
#define EXAMPLE_DATE    "2019-07-31"
#define DEMO_VER        "1.0"

static void PrintfLogo(void);
static void PrintfHelp(void);

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    float32_t pSrc;
    float32_t pDst;
    q31_t pSrc1;
    q31_t pDst1;
    q15_t pSrc2;
    q15_t pDst2;

    
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 主程序大循环 */
    while (1)
    {
        /* CPU空闲时执行的函数，在 bsp.c */
        bsp_Idle();        
        
        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */
            /* 翻转LED2的状态 */
            bsp_LedToggle(2);    
        }

        /* 处理按键事件 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();
        if (ucKeyCode > 0)
        {
            /* 有键按下 */
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:               /* K1键按下 */
                    pSrc -= 1.23f;
                    arm_abs_f32(&pSrc, &pDst, 1);
                    printf("pDst = %f
", pDst);
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:              /* K2键按下 */
                    pSrc1 -= 1;
                    arm_abs_q31(&pSrc1, &pDst1, 1);
                    printf("pDst1 = %d
", pDst1);
                    break;

                case KEY_DOWN_K3:              /* K3键按下 */
                    pSrc2 -= 1;
                    arm_abs_q15(&pSrc2, &pDst2, 1);
                    printf("pDst2 = %d
", pDst2);
                    break;
                
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

7.9   总结

本期教程主要跟大家介绍了官方DSP库的移植，相对来说移植也比较简单，建议初学的同学按照这个步骤移植一遍。