【STM32H7的DSP教程】第20章 DSP复数运算-模平方，乘法和复数乘实数

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第20章 DSP复数运算-模平方，乘法和复数乘实数

本期教程主要讲解复数运算中的模平方，乘法和复数乘实数。

20.1 初学者重要提示

20.2 DSP基础运算指令

20.3 复数模平方（ComplexMagSquared）

20.4 复数乘法（ComplexMultComplex）

20.5 复数乘实数（ComplexMultComplex）

20.6 实验例程说明（MDK）

20.7 实验例程说明（IAR）

20.8 总结

20.1 初学者重要提示

复数运算比较重要，后面FFT章节要用到，如果印象不深的话，需要温习下高数知识了。

20.2 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。

20.3 复数模平方（ComplexMagSquared）

这部分函数用于复数求模平方，公式描述如下：

for(n=0; n<numSamples; n++) {

pDst[n] = pSrc[(2*n)+0]^2 + pSrc[(2*n)+1]^2;

}

用代数式来表示模平方：

a+bi模平方 = a² + b² 。

20.3.1 函数arm_cmplx_mag_squared_f32

函数原型：

void arm_cmplx_mag_f32(

const float32_t * pSrc,

float32_t * pDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于浮点数类型的复数求模平方。

函数参数：

第1个参数是源数据地址。
第2个参数是求模平方后的数据地址。
第3个参数是要求解的复数个数。

注意事项：

数组pSrc中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而模值的结果存到pDst里面。

20.3.2 函数arm_cmplx_mag_squared_q31

函数原型：

void arm_cmplx_mag_squared_q31(

const q31_t * pSrc,

q31_t * pDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于定点数Q31类型的复数求模平方。

函数参数：

第1个参数是源数据地址。
第2个参数是求模平方后的数据地址。
第3个参数是要求解的复数个数。

注意事项：

两个1.31格式的定点数相乘为2.62，程序中将此结果做了放缩，此函数的最终结果转换后为3.29。
数组pSrc中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而模值的结果存到pDst里面。

20.3.3 函数arm_cmplx_mag_squared_q15

函数原型：

void arm_cmplx_mag_squared_q15(

const q15_t * pSrc,

q15_t * pDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于定点数Q15类型的复数求模平方。

函数参数：

第1个参数是源数据地址。
第2个参数是求模平方后的数据地址。
第3个参数是要求解的复数个数。

注意事项：

两个1.15格式的定点数相乘为2.30，程序中将此结果做了放缩，此函数的最终结果转换后为3.13。
数组pSrc中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而模值的结果存到pDst里面。

20.3.4 使用举例

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DSP_MagSquared
*    功能说明: 复数模的平方
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MagSquared(void)
{
    uint8_t i;
    float32_t pSrc[10] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f, 5.1f};
    float32_t pDst[10];
    
    q31_t pSrc1[10] = {1*268435456, 1*268435456, 2*268435456, 2*268435456, 3*268435456, 3*268435456, 
                        4*268435456, 4*268435456, 5*268435456, 5*268435456};
    q31_t pDst1[10];

    q15_t pSrc2[10] = {5000, 10000, 15000, 20000, 25000,  5000, 10000, 15000, 20000, 25000};
    q15_t pDst2[10];
    
    /***浮点数模平方*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mag_squared_f32(pSrc, pDst, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pDst[%d] = %f
", i, pDst[i]);
    }
    
    /***定点数模平方Q31*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mag_squared_q31(pSrc1, pDst1, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pDst1[%d] = %d
", i, pDst1[i]);
    }
    
    /***定点数模平方Q15*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mag_squared_q15(pSrc2, pDst2, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pDst2[%d] = %d
", i, pDst2[i]);
    }
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DSP_MatInit
*    功能说明: 矩阵数据初始化
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatInit(void)
{
    uint8_t i;
    
    /****浮点数数组******************************************************************/
    float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
    
    arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据
    
    /****定点数Q31数组******************************************************************/
    q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
    arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据
    
    /****定点数Q15数组******************************************************************/
    q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
    arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据
    
    /****浮点数***********************************************************************/    
    printf("****浮点数******************************************
");
    arm_mat_init_f32(&pSrcA, 3,3, pDataA);
    for(i = 0; i < 9; i++)
    {
        printf("pDataA[%d] = %f
", i, pDataA[i]);
    }
    
    /****定点数Q31***********************************************************************/
    printf("****浮点数******************************************
");
    arm_mat_init_q31(&pSrcA1, 3,3, pDataA1);
    for(i = 0; i < 9; i++)
    {
        printf("pDataA1[%d] = %d
", i, pDataA1[i]);
    }
    
    /****定点数Q15***********************************************************************/
    printf("****浮点数******************************************
");
    arm_mat_init_q15(&pSrcA2, 3,3, pDataA2);
    for(i = 0; i < 9; i++)
    {
        printf("pDataA2[%d] = %d
", i, pDataA2[i]);
    }
}

实验现象（按下K1按键后串口打印模平方）：

20.4 复数乘法（ComplexMultComplex）

这部分函数用于复数乘复数，公式描述如下：

for (n = 0; n < numSamples; n++) {

pDst[(2*n)+0] = pSrcA[(2*n)+0] * pSrcB[(2*n)+0] - pSrcA[(2*n)+1] * pSrcB[(2*n)+1];

pDst[(2*n)+1] = pSrcA[(2*n)+0] * pSrcB[(2*n)+1] + pSrcA[(2*n)+1] * pSrcB[(2*n)+0];

}

用代数式来表示复数乘法：

（a+bi）*（c+di）=（ac -bd）+（ad+bc）i。

20.4.1 函数arm_cmplx_mult_cmplx_f32

函数原型：

void arm_cmplx_mult_cmplx_f32(

const float32_t * pSrcA,

const float32_t * pSrcB,

float32_t * pDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于浮点数的复数乘复位。

函数参数：

第1个参数是源数据A的地址。
第2个参数是源数据B的地址。
第3个参数是存储数组A和数组B乘积地址。
第4个参数是要求解的复数个数。

注意事项：

数组pSrcA, pSrcB和pDst中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），源数据A和B一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而乘积的结果存到pDst里面。

20.4.2 函数arm_cmplx_mult_cmplx_q31

函数原型：

void arm_cmplx_mult_cmplx_q31(

const q31_t * pSrcA,

const q31_t * pSrcB,

q31_t * pDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于Q31格式定点数的复数乘复数。

函数参数：

第1个参数是源数据A的地址。
第2个参数是源数据B的地址。
第3个参数是存储数组A和数组B乘积地址。
第4个参数是要求解的复数个数。

注意事项：

两个1.31格式的定点数相乘为2.62，程序中将此结果做了放缩，此函数的最终结果转换后为3.29。
数组pSrcA, pSrcB和pDst中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），源数据A和B一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而乘积的结果存到pDst里面。

20.4.3 函数arm_cmplx_mult_cmplx_q15

函数原型：

void arm_cmplx_mult_cmplx_f32(

const float32_t * pSrcA,

const float32_t * pSrcB,

float32_t * pDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于Q15格式定点数的复数乘复数。

函数参数：

第1个参数是源数据A的地址。
第2个参数是源数据B的地址。
第3个参数是存储数组A和数组B乘积地址。
第4个参数是要求解的复数个数。

注意事项：

两个1.15格式的定点数相乘为2.30，程序中将此结果做了放缩，此函数的最终结果转换后为3.13。
数组pSrcA, pSrcB和pDst中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），源数据A和B一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而乘积的结果存到pDst里面。

20.4.4 使用举例

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DSP_CmplxMult
*    功能说明: 复数乘法
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_CmplxMult(void)
{
    uint8_t i;
    float32_t pSrcA[10] = {1.1f, 1.2f, 2.1f, 2.2f, 3.1f, 3.2f, 4.1f, 4.2f, 5.1f, 5.2f};
    float32_t pSrcB[10] = {1.2f, 1.2f, 2.2f, 2.2f, 3.2f, 3.2f, 4.2f, 4.2f, 5.2f, 5.2f};
    float32_t pDst[10];
    
    q31_t pSrcA1[10] = {1*268435456, 1*268435456, 2*268435456, 2*268435456, 3*268435456, 3*268435456, 
                        4*268435456, 4*268435456, 5*268435456, 5*268435456};
    q31_t pSrcB1[10] = {1*268435456, 1*268435456, 2*268435456, 2*268435456, 3*268435456, 3*268435456, 
                        4*268435456, 4*268435456, 5*268435456, 5*268435456};
    q31_t pDst1[10];
    
    q15_t pSrcA2[10] = {5000, 10000, 15000, 20000, 25000,  5000, 10000, 15000, 20000, 25000};
    q15_t pSrcB2[10] = {6000, 11000, 15000, 20000, 25000,  5000, 10000, 15000, 20000, 25000};
    q15_t pDst2[10];
    
    /***浮点数乘法*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mult_cmplx_f32(pSrcA, pSrcB, pDst, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pDst[%d] = %f %fj
", i, pDst[2*i], pDst[2*i+1]);
    }
    
    /***定点数乘法Q31*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mult_cmplx_q31(pSrcA1, pSrcB1, pDst1, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pDst1[%d] = %d %dj
", i, pDst1[2*i], pDst1[2*i+1]);
    }
    
    /***定点数乘法Q15*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mult_cmplx_q15(pSrcA2, pSrcB2, pDst2, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pDst1[%d] = %d %dj
", i, pDst2[2*i], pDst2[2*i+1]);
    }
}

实验现象（按下K2按键后串口打印复数乘法）：

20.5 复数乘实数（ComplexMultReal）

这部分函数用于复数乘实数，公式描述如下：

for(n=0; n<numSamples; n++) {

pCmplxDst[(2*n)+0] = pSrcCmplx[(2*n)+0] * pSrcReal[n];

pCmplxDst[(2*n)+1] = pSrcCmplx[(2*n)+1] * pSrcReal[n];

}

用代数式来表示复数乘法：

a*（c+di）=ac+adi。

20.5.1 函数arm_cmplx_mult_real_f32

函数原型：

void arm_cmplx_mult_real_f32(

const float32_t * pSrcCmplx,

const float32_t * pSrcReal,

float32_t * pCmplxDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于浮点数的复数乘实数。

函数参数：

第1个参数是复数的源地址。
第2个参数是实数的源地址。
第3个参数是复数和实数乘积地址。
第4个参数是要进行复数乘实数的个数。

注意事项：

数组pSrcCmplx和pCmplxDst中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），源数据pSrcCmplx一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而乘积的结果存到pCmplxDst里面。

20.5.2 函数arm_cmplx_mult_real_q31

函数原型：

void arm_cmplx_mult_real_q31(

const q31_t * pSrcCmplx,

const q31_t * pSrcReal,

q31_t * pCmplxDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于Q31格式定点数的复数乘实数。

函数参数：

第1个参数是复数的源地址。
第2个参数是实数的源地址。
第3个参数是复数和实数乘积地址。
第4个参数是要进行复数乘实数的个数。

注意事项：

输出结果做了饱和运算，输出范围[0x80000000 0x7FFFFFFF]。
数组pSrcCmplx和pCmplxDst中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），源数据pSrcCmplx一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而乘积的结果存到pCmplxDst里面。

20.5.3 函数arm_cmplx_mult_real_q15

函数原型：

void arm_cmplx_mult_real_q15(

const q15_t * pSrcCmplx,

const q15_t * pSrcReal,

q15_t * pCmplxDst,

uint32_t numSamples)

函数描述：

这个函数用于Q15格式定点数的复数乘实数。

函数参数：

第1个参数是复数的源地址。
第2个参数是实数的源地址。
第3个参数是复数和实数乘积地址。
第4个参数是要进行复数乘实数的个数。

注意事项：

输出结果做了饱和运算，输出范围[0x8000 0x7FFF]。
数组pSrcCmplx和pCmplxDst中存储的数据格式是（实部，虚部，实部，虚部……………），源数据pSrcCmplx一定要按照这个顺序存储数据，比如数据1-j，j，2+3j这个三个数在数组中的存储格式就是：pSrc[6] = {1, -1, 0, 1, 2, 3}（注意第三个数据是0）。而乘积的结果存到pCmplxDst里面。

20.5.4 使用举例

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DSP_CmplxMultReal
*    功能说明: 复数乘实数
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_CmplxMultReal(void)
{
    uint8_t i;
    float32_t pSrcCmplx[10] = {1.1f, 1.2f, 2.1f, 2.2f, 3.1f, 3.2f, 4.1f, 4.2f, 5.1f, 5.2f};
    float32_t pSrcReal[5] = {1.2f, 1.2f, 2.2f, 2.2f, 3.2f};
    float32_t pCmplxDst[10];
    
    q31_t pSrcCmplx1[10] = {1*268435456, 1*268435456, 2*268435456, 2*268435456, 3*268435456, 3*268435456, 
                        4*268435456, 4*268435456, 5*268435456, 5*268435456};
                        
    q31_t pSrcReal1[10] = {1*268435456, 1*268435456, 2*268435456, 2*268435456, 3*268435456};
    q31_t pCmplxDst1[10];
    
    q15_t pSrcCmplx2[10] = {14000, 16000, 20000, 20000, 30000, 31000, 12000, 13000, 14000, 25000};
    q15_t pSrcReal2[10] =  {15000, 17000, 20000, 20000, 30000};
    q15_t pCmplxDst2[10];
    
    /***浮点数*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mult_cmplx_f32(pSrcCmplx, pSrcReal, pCmplxDst, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pCmplxDst[%d] = %f %fj
", i, pCmplxDst[2*i], pCmplxDst[2*i+1]);
    }
    
    /***定点数Q31*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mult_cmplx_q31(pSrcCmplx1, pSrcReal1, pCmplxDst1, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pCmplxDst1[%d] = %d %dj
", i, pCmplxDst1[2*i], pCmplxDst1[2*i+1]);
    }
    
    /***定点数Q15*******************************************************************************/
    arm_cmplx_mult_cmplx_q15(pSrcCmplx2, pSrcReal2, pCmplxDst2, 5);
    for(i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pCmplxDst2[%d] = %d %dj
", i, pCmplxDst2[2*i], pCmplxDst2[2*i+1]);
    }
}

实验现象（按下K3按键后串口打印实数乘复数）：

20.6 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V7-215_DSP复数运算（模平方，复数乘复数和复数乘实数）

实验目的：

学习DSP复数运算（模平方，复数乘复数和复数乘实数）

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，串口打函数DSP_MagSquared的输出数据。
按下按键K2，串口打函数DSP_CmplxMult的输出数据。
按下按键K3，串口打函数DSP_CmplxMultReal的输出数据。

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3.4 4.4，5.4小节。

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

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)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，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400MHz
       - 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V7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FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

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，串口打函数DSP_MagSquared的输出数据。
按下按键K2，串口打函数DSP_CmplxMult的输出数据。
按下按键K3，串口打函数DSP_CmplxMultReal的输出数据。

/*
*********************************************************************************************************
*    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，求模平方 */
                    DSP_MagSquared();
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下，求复数乘复数 */
                    DSP_CmplxMult();
                    break;

                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下，求复数乘实数 */
                    DSP_CmplxMultReal();
                    break;

                default:
                    /* 其他的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

20.7 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V7-215_DSP复数运算（模平方，复数乘复数和复数乘实数）

实验目的：

学习DSP复数运算（模平方，复数乘复数和复数乘实数）

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，串口打函数DSP_MagSquared的输出数据。
按下按键K2，串口打函数DSP_CmplxMult的输出数据。
按下按键K3，串口打函数DSP_CmplxMultReal的输出数据。

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3.4 4.4，5.4小节。

程序设计：

系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

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)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，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400MHz
       - 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V7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FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

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，串口打函数DSP_MagSquared的输出数据。
按下按键K2，串口打函数DSP_CmplxMult的输出数据。
按下按键K3，串口打函数DSP_CmplxMultReal的输出数据。

/*
*********************************************************************************************************
*    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，求模平方 */
                    DSP_MagSquared();
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下，求复数乘复数 */
                    DSP_CmplxMult();
                    break;

                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下，求复数乘实数 */
                    DSP_CmplxMultReal();
                    break;

                default:
                    /* 其他的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

20.8 总结

本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究下算法的具体实现。

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【STM32H7的DSP教程】第20章 DSP复数运算-模平方，乘法和复数乘实数

第20章 DSP复数运算-模平方，乘法和复数乘实数

20.1 初学者重要提示

20.2 DSP基础运算指令

20.3 复数模平方（ComplexMagSquared）

20.3.1 函数arm_cmplx_mag_squared_f32

20.3.2 函数arm_cmplx_mag_squared_q31

20.3.3 函数arm_cmplx_mag_squared_q15

20.3.4 使用举例

20.4 复数乘法 （ComplexMultComplex）

20.4.1 函数arm_cmplx_mult_cmplx_f32

20.4.2 函数arm_cmplx_mult_cmplx_q31

20.4.3 函数arm_cmplx_mult_cmplx_q15

20.4.4 使用举例

20.5 复数乘实数（ComplexMultReal）

20.5.1 函数arm_cmplx_mult_real_f32

20.5.2 函数arm_cmplx_mult_real_q31

20.5.3 函数arm_cmplx_mult_real_q15

20.5.4 使用举例

20.6 实验例程说明（MDK）

20.7 实验例程说明（IAR）

20.8 总结

20.4 复数乘法（ComplexMultComplex）