如题所述
如何使用STM32F4的DSP库
我们平常所使用的CPU为定点CPU,意思是进行整点数值运算的CPU。当遇到形如1.1+1.1的浮点数运算时,定点CPU就遇到大难题了。对于32位单片机,利用Q化处理能发挥他本身的性能,但是精度和速度仍然不会提高很多。
现在设计出了一个新的CPU,叫做FPU,这个芯片专门处理浮点数的运算,这样处理器就将整点数和浮点数分开来处理,整点数交由定点CPU处理而浮点数交由FPU处理。我们见到过TI的DSP,还有STM32F4系列的带有DSP功能的微控制器。前者笔者没有用过,不作评论,而后者如果需要用到FPU的浮点运算功能,必须要进行一些必要的设置。
首先,由于浮点运算在FPU中进行,所以首先应该使能FPU运行。在system_init()中,定义__FPU_PRESENT和__FPU_USED
/* FPU settings------------------------------------------------------------*/
#if (__FPU_PRESENT == 1)&& (__FPU_USED == 1)
SCB->CPACR |= ((3UL<< 10*2)|(3UL << 11*2)); /*set CP10 and CP11 Full Access */
#endif
这样就使能了FPU。
对于上述改变,当程序中出现这种简单的加减乘除运算FPU就起作用了。但是对于复杂的如三角运算、开方运算等,我们就需要加入math.h头文件。但是如果单纯的加入他,那么Keil会自动调用内部的math.h,该头文件是针对ARM处理器的,专门用于定点CPU和标准算法(IEEE-754)。对于使用了FPU的STM32F4是没有任何作用的。所以,需要将math.h换成ST的库,即arm_math.h。在该头文件中,涉及到另一个文件core_cmx.h(x=0、3、4),当然了,如同STM32F1系列一样,在工程中加入core_cm4.h即可。
到这里,算是全部设置完毕,之差最后一步,调用!但是别小看了这一步,因为如果调用的不正确,全面的设置就白费了。在使用三角函数如sin()、cos()时不要直接写如上形式,因为他们函数的名字来自于math.h,所以你调用的仍旧是Keil库中的标准math.h。要使用arm_math.h中的arm_sin_f32()函数(见Line.5780,原函数见DSP_Lib\Source\FastMathFunctions),可以看到他利用的是三次样条插值法快速求值(见Line.263 /* Cubic interpolation process */)。
注意一下例外函数,sqrt(),在arm_math.h中为arm_sqrt_f32()。使用他的时候需要同时开启#if(__FPU_USED == 1) && defined ( __CC_ARM )才行,切记!还可以发现开方函数还有q15和q31之分,我想他们的区别就是精度的问题,但是他们没有应用FPU来计算,说白了就是利用0x5f3759df这个数进行快速开方
我们平常所使用的CPU为定点CPU,意思是进行整点数值运算的CPU。当遇到形如1.1+1.1的浮点数运算时,定点CPU就遇到大难题了。对于32位单片机,利用Q化处理能发挥他本身的性能,但是精度和速度仍然不会提高很多。
现在设计出了一个新的CPU,叫做FPU,这个芯片专门处理浮点数的运算,这样处理器就将整点数和浮点数分开来处理,整点数交由定点CPU处理而浮点数交由FPU处理。我们见到过TI的DSP,还有STM32F4系列的带有DSP功能的微控制器。前者笔者没有用过,不作评论,而后者如果需要用到FPU的浮点运算功能,必须要进行一些必要的设置。
首先,由于浮点运算在FPU中进行,所以首先应该使能FPU运行。在system_init()中,定义__FPU_PRESENT和__FPU_USED
/* FPU settings------------------------------------------------------------*/
#if (__FPU_PRESENT == 1)&& (__FPU_USED == 1)
SCB->CPACR |= ((3UL<< 10*2)|(3UL << 11*2)); /*set CP10 and CP11 Full Access */
#endif
这样就使能了FPU。
对于上述改变,当程序中出现这种简单的加减乘除运算FPU就起作用了。但是对于复杂的如三角运算、开方运算等,我们就需要加入math.h头文件。但是如果单纯的加入他,那么Keil会自动调用内部的math.h,该头文件是针对ARM处理器的,专门用于定点CPU和标准算法(IEEE-754)。对于使用了FPU的STM32F4是没有任何作用的。所以,需要将math.h换成ST的库,即arm_math.h。在该头文件中,涉及到另一个文件core_cmx.h(x=0、3、4),当然了,如同STM32F1系列一样,在工程中加入core_cm4.h即可。
到这里,算是全部设置完毕,之差最后一步,调用!但是别小看了这一步,因为如果调用的不正确,全面的设置就白费了。在使用三角函数如sin()、cos()时不要直接写如上形式,因为他们函数的名字来自于math.h,所以你调用的仍旧是Keil库中的标准math.h。要使用arm_math.h中的arm_sin_f32()函数(见Line.5780,原函数见DSP_Lib\Source\FastMathFunctions),可以看到他利用的是三次样条插值法快速求值(见Line.263 /* Cubic interpolation process */)。
注意一下例外函数,sqrt(),在arm_math.h中为arm_sqrt_f32()。使用他的时候需要同时开启#if(__FPU_USED == 1) && defined ( __CC_ARM )才行,切记!还可以发现开方函数还有q15和q31之分,我想他们的区别就是精度的问题,但是他们没有应用FPU来计算,说白了就是利用0x5f3759df这个数进行快速开方
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