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第16章 DSP功能函数-数据拷贝，数据填充和浮点转定点
本期教程主要讲解功能函数中的数据拷贝，数据填充和浮点数转换为定点数。
16.1 初学者重要提示
16.2 DSP基础运算指令
16.3 数据拷贝（Copy）
16.4 数据填充（Fill）
16.5 浮点数转定点数（Float to Fix）
16.6 总结
16.1 初学者重要提示
- 浮点数的四舍五入处理：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95149 。
- C库的浮点数四舍五入函数round，roundf，round使用说明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95156 。
16.2 DSP基础运算指令
本章用到的DSP指令在前面章节都已经讲解过。
16.3 数据拷贝（copy）
这部分函数用于数据拷贝，公式描述如下：
pDst[n] = pSrc[n]; 0 <= n < blockSize
16.3.1 函数arm_copy_f32
函数原型：
void arm_copy_f32(
const float32_t * pSrc,
float32_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于32位浮点数的复制。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是目的数据地址。
- 第3个参数是复制的个数。
16.3.2 函数arm_copy_q31
函数原型：
void arm_copy_q31(
const q31_t * pSrc,
q31_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于32位定点数的复制。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是目的数据地址。
- 第3个参数是复制的个数。
16.3.3 函数arm_copy_q15
函数原型：
void arm_copy_q15(
const q15_t * pSrc,
q15_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于16位定点数的复制。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是目的数据地址。
- 第3个参数是复制的个数。
16.3.4 函数arm_copy_q7
函数原型：
void arm_copy_q7(
const q7_t * pSrc,
q7_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于8位定点数的复制。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是目的数据地址。
- 第3个参数是复制的个数。
16.3.5 使用举例
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_Copy * 功能说明: 数据拷贝 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_Copy(void) { float32_t pSrc[10] = {0.6557, 0.0357, 0.8491, 0.9340, 0.6787, 0.7577, 0.7431, 0.3922, 0.6555, 0.1712}; float32_t pDst[10]; uint32_t pIndex; q31_t pSrc1[10]; q31_t pDst1[10]; q15_t pSrc2[10]; q15_t pDst2[10]; q7_t pSrc3[10]; q7_t pDst3[10]; for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("pSrc[%d] = %f ", pIndex, pSrc[pIndex]); } arm_copy_f32(pSrc, pDst, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_copy_f32: pDst[%d] = %f ", pIndex, pDst[pIndex]); } /*****************************************************************/ for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { pSrc1[pIndex] = rand(); printf("pSrc1[%d] = %d ", pIndex, pSrc1[pIndex]); } arm_copy_q31(pSrc1, pDst1, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_copy_q31: pDst1[%d] = %d ", pIndex, pDst1[pIndex]); } /*****************************************************************/ for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { pSrc2[pIndex] = rand()%32768; printf("pSrc2[%d] = %d ", pIndex, pSrc2[pIndex]); } arm_copy_q15(pSrc2, pDst2, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_copy_q15: pDst2[%d] = %d ", pIndex, pDst2[pIndex]); } /*****************************************************************/ for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { pSrc3[pIndex] = rand()%128; printf("pSrc3[%d] = %d ", pIndex, pSrc3[pIndex]); } arm_copy_q7(pSrc3, pDst3, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_copy_q7: pDst3[%d] = %d ", pIndex, pDst3[pIndex]); } /*****************************************************************/ printf("****************************************************************** "); }
实验现象（部分截图）：
16.4 数据填充（Fill）
这部分函数用于数据填充，公式描述如下：
pDst[n] = value; 0 <= n < blockSize
16.4.1 函数arm_fill_f32
函数原型：
void arm_fill_f32(
float32_t value,
float32_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于填充32位浮点数。
函数参数：
- 第1个参数是要填充的数值。
- 第2个参数是要填充的数据地址。
- 第3个参数是要填充的数据个数。
16.4.2 函数arm_fill_q31
函数原型：
void arm_fill_q31(
q31_t value,
q31_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于填充32位定点数。
函数参数：
- 第1个参数是要填充的数值。
- 第2个参数是要填充的数据地址。
- 第3个参数是要填充的数据个数。
16.4.3 函数arm_fill_q15
函数原型：
void arm_fill_q15(
q15_t value,
q15_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于填充16位定点数。
函数参数：
- 第1个参数是要填充的数值。
- 第2个参数是要填充的数据地址。
- 第3个参数是要填充的数据个数。
16.4.4 函数arm_fill_q7
函数原型：
void arm_fill_q7(
q7_t value,
q7_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于填充8位定点数。
函数参数：
- 第1个参数是要填充的数值。
- 第2个参数是要填充的数据地址。
- 第3个参数是要填充的数据个数。
16.4.5 使用举例
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_Fill * 功能说明: 数据填充 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_Fill(void) { float32_t pDst[10]; uint32_t pIndex; q31_t pDst1[10]; q15_t pDst2[10]; q7_t pDst3[10]; arm_fill_f32(3.33f, pDst, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_fill_f32: pDst[%d] = %f ", pIndex, pDst[pIndex]); } /*****************************************************************/ arm_fill_q31(0x11111111, pDst1, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_fill_q31: pDst1[%d] = %x ", pIndex, pDst1[pIndex]); } /*****************************************************************/ arm_fill_q15(0x1111, pDst2, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_fill_q15: pDst2[%d] = %d ", pIndex, pDst2[pIndex]); } /*****************************************************************/ arm_fill_q7(0x11, pDst3, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_fill_q7: pDst3[%d] = %d ", pIndex, pDst3[pIndex]); } /*****************************************************************/ printf("****************************************************************** "); }
实验现象：
16.5 浮点数转定点数（Float to Fix）
浮点数转Q31公式描述：
pDst[n] = (q31_t)(pSrc[n] * 2147483648); 0 <= n < blockSize。
浮点数转Q15公式描述：
pDst[n] = (q15_t)(pSrc[n] * 32768); 0 <= n < blockSize
浮点数转Q7公式描述：
pDst[n] = (q7_t)(pSrc[n] * 128); 0 <= n < blockSize
16.5.1 函数arm_float_to_q31
函数原型：
void arm_float_to_q31(
const float32_t * pSrc,
q31_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于将浮点数转换为32位定点数。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
注意事项：
- 这个函数使用了饱和运算。
- 输出结果的范围是[0x80000000 0x7FFFFFFF]。
16.5.2 函数arm_float_to_q15
函数原型：
void arm_var_q31(
const q31_t * pSrc,
uint32_t blockSize,
q31_t * pResult)
函数描述：
这个函数用于将浮点数转换为16位定点数。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
注意事项：
- 这个函数使用了饱和运算。
- 输出结果的范围是[0x8000 0x7FFF]。
16.5.3 函数arm_float_to_q7
函数原型：
void arm_float_to_q7(
const float32_t * pSrc,
q7_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于将浮点数转换为8位定点数。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
注意事项：
- 这个函数使用了饱和运算。
- 输出结果的范围是[0x80 0x7F]。
16.5.4 使用举例
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_FloatToFix * 功能说明: 浮点数转定点数 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_FloatToFix(void) { float32_t pSrc[10] = {0.6557, 0.0357, 0.8491, 0.9340, 0.6787, 0.7577, 0.7431, 0.3922, 0.6555, 0.1712}; uint32_t pIndex; q31_t pDst1[10]; q15_t pDst2[10]; q7_t pDst3[10]; for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("pSrc[%d] = %f ", pIndex, pSrc[pIndex]); } /*****************************************************************/ arm_float_to_q31(pSrc, pDst1, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_float_to_q31: pDst[%d] = %d ", pIndex, pDst1[pIndex]); } /*****************************************************************/ arm_float_to_q15(pSrc, pDst2, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_float_to_q15: pDst1[%d] = %d ", pIndex, pDst2[pIndex]); } /*****************************************************************/ arm_float_to_q7(pSrc, pDst3, 10); for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++) { printf("arm_float_to_q7: pDst2[%d] = %d ", pIndex, pDst3[pIndex]); } /*****************************************************************/ printf("****************************************************************** "); }
实验现象：
16.6 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V6-211_DSP功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）
实验目的：
- 学习功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果。
- 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果。
- 按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果。
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.5 4.5，5.4小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到168MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果
- 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果
- 按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果
/* ********************************************************************************************************* * 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 */ bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，数据复制 */ DSP_Copy(); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，数据填充 */ DSP_Fill(); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，浮点转定点 */ DSP_FloatToFix(); break; default: /* 其他的键值不处理 */ break; } } } }
16.7 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V6-211_DSP功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）
实验目的：
- 学习功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果。
- 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果。
- 按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.5 4.5，5.4小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到168MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果
- 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果
- 按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果
/* ********************************************************************************************************* * 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 */ bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，数据复制 */ DSP_Copy(); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，数据填充 */ DSP_Fill(); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，浮点转定点 */ DSP_FloatToFix(); break; default: /* 其他的键值不处理 */ break; } } } }
16.8 总结
本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究这些函数源码的实现。