【STM32H7的DSP教程】第7章 ARM DSP源码和库移植方法(IAR8)

浪子不回头ぞ 提交于 2020-04-07 16:42:02

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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(源码移植方式)

7.6 DSP库在IAR上的移植(库移植方式)

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V7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:ARM\PACK\ARM\CMSIS\5.6.0\CMSIS。

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:

 

  •   iar_cortexM7ls_math.a

Cortex-M7内核,l表示小端格式,s表示带FPU单元,Single Precision单精度浮点。iar_cortexM7lf_math.a

Cortex-M7内核,l表示小端格式,f表示带FPU单元, Double Precision双精度浮点。

  •   iar_cortexM7l_math.a

Cortex-M7内核,l表示小端格式。

  •   iar_cortexM7bs_math.a

Cortex-M7内核,b表示大端格式,s表示带FPU单元,Single Precision单精度浮点。

  •   iar_cortexM7bf_math.a

Cortex-M7内核,b表示大端格式,f表示带FPU单元, Double Precision双精度浮点。

  •   iar_cortexM7b_math.a

Cortex-M7内核,b表示大端格式。

 

STM32H7是M7内核,双精度浮点,一般使用小端格式,所以我们选择库iar_cortexM7lf_math.a

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V7开发板中的例子:V7-001_跑马灯例程为模板进行添加即可。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Libraries\CMSIS\Include里面的头文件即可,而没有添加Libraries\CMSIS\DSP\Include,这是因为路径Libraries\CMSIS\Include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STM32H7支持双精度浮点,这里要开启Double 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软件包是实时更新的,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:

  •   V7-200_DSP程序模板(源码方式)
  •   V7-201_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\r\n", pDst);
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:              /* K2键按下 */
                    pSrc1 -= 1;
                    arm_abs_q31(&pSrc1, &pDst1, 1);
                    printf("pDst1 = %d\r\n", pDst1);
                    break;

                case KEY_DOWN_K3:              /* K3键按下 */
                    pSrc2 -= 1;
                    arm_abs_q15(&pSrc2, &pDst2, 1);
                    printf("pDst2 = %d\r\n", 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。

 

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