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第7章 ARM DSP源碼和庫移植方法（IAR8）
本期教程主要講解ARM官方DSP源碼和庫的移植以及一些相關知識的介紹。
7.1 初學者重要提示
7.2 DSP庫的下載和說明
7.3 DSP庫版本的區別
7.4 DSP庫的幾個重要的預定義宏含義
7.5 DSP庫在IAR上的移植（源碼移植方式）
7.6 DSP庫在IAR上的移植（庫移植方式）
7.7 升級到最新版DSP庫方法
7.8 簡易DSP庫函數驗證
7.9 總結
7.1 初學者重要提示
- IAR請使用8.30及其以上版本，CMSIS請使用5.6.0及其以上版本。
- IAR的工程創建，下載和調試方法，在V7用戶手冊有詳細說明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=93255 。
7.2 DSP庫的下載和說明
下面詳細的給大家講解一下官方DSP庫的移植。
7.2.1 DSP庫的下載
DSP庫是包含在CMSIS軟件包（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）里面，所以下載DSP庫也就是下載CMSIS軟件包。這里提供三個可以下載的地方：
- 方式一：STM32CubeH7軟件包里面。
每個版本的Cube軟件包都會攜帶CMSIS文件夾，只是版本比較老，不推薦。即使是最新的CubeH7
軟件包，包含的CMSIS軟件包版本也有點低。
- 方式二：MDK安裝目錄（下面是5.6.0版本的路徑）。
大家安裝了新版MDK后，CMSIS軟件包會存在於路徑：ARM\PACK\ARM\CMSIS\5.6.0\CMSIS。
如果有更新的版本，推薦大家使用最新版本，MDK的軟包下載地址：http://www.keil.com/dd2/Pack/ 。
- 方式三：GitHub。
通過GitHub獲取也比較方便，地址：https://github.com/ARM-software/CMSIS_5 。點擊右上角就可以下載CMSIS軟件包了。
當然，也可以在ARM官網下載，只是這兩年ARM官網升級得非常頻繁，通過檢索功能找資料非常麻煩。所以不推薦大家到ARM官網下載資料了。
7.2.2 DSP庫的說明
這里我們以CMSIS V5.6.0為標准進行移植。打開固件庫里面的CMSIS文件，可以看到如下幾個文件：
其中DSP文件夾是我們需要的：
Examples文件夾中的文件如下，主要是提供了一些例子：
Include文件夾里面是DSP庫的頭文件：
Lib文件夾里面是MDK（ARM），IAR和CGG版庫文件：
Projects文件夾里面的文件如下，提供了三個版本的工程模板，每個模板里面都是把所有源碼文件添加了進來：
Source文件夾中的文件如下，這個是DSP的源碼文件：
7.3 DSP庫版本的區別
IAR版本的DSP庫如下：
- iar_cortexM7ls_math.a
Cortex-M7內核，l表示小端格式，s表示帶FPU單元，Single Precision單精度浮點。iar_cortexM7lf_math.a
Cortex-M7內核，l表示小端格式，f表示帶FPU單元， Double Precision雙精度浮點。
- iar_cortexM7l_math.a
Cortex-M7內核，l表示小端格式。
- iar_cortexM7bs_math.a
Cortex-M7內核，b表示大端格式，s表示帶FPU單元，Single Precision單精度浮點。
- iar_cortexM7bf_math.a
Cortex-M7內核，b表示大端格式，f表示帶FPU單元， Double Precision雙精度浮點。
- iar_cortexM7b_math.a
Cortex-M7內核，b表示大端格式。
STM32H7是M7內核，雙精度浮點，一般使用小端格式，所以我們選擇庫iar_cortexM7lf_math.a
7.4 DSP庫的幾個重要的預定義宏含義
根據用戶的使用要求，這幾個預定義宏可以添加到IAR的預定義選項中：
這里將這幾個預定義宏做個介紹：
- ARM_MATH_BIG_ENDIAN:
大端格式。
- ARM_MATH_MATRIX_CHECK:
檢測矩陣的輸入輸出大小
- ARM_MATH_NEON:
- ARM_MATH_NEON_EXPERIMENTAL:
這兩個暫時用不到，因為M0，M3，M4和M7內核不支持NEON指令，需要等待升級到ARMv8.1-M架構。
- ARM_MATH_ROUNDING:
主要用在浮點數轉Q32，Q15和Q7時，類似四舍五入的處理上，其它函數沒用到。
- ARM_MATH_LOOPUNROLL:
用於4個為一組的的小批量處理上，加快執行速度。
通過下面的求絕對值函數，可以方便的看出區別：
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庫在IAR上的移植（源碼移植方式）
下面我們講解下如何在IAR上面移植DSP庫源碼，DSP庫的移植相對比較容易。
7.5.1 第一步：建立IAR工程並添加DSP庫
為了方便起見，我們這里不再專門建立一個MDK工程了，直接以V7開發板中的例子：V7-001_跑馬燈例程為模板進行添加即可。打開這個實例並在左側添加分組CMSIS/DSP：
我們這里不需要添加每個C文件源碼，僅需添加包含這些C文件的匯總文件，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"
這樣一來，IAR編譯后會自動關聯，查看源碼非方便：
7.5.2 第二步：添加頭文件路徑
添加DSP所需的頭文件路徑，這個頭文件路徑是已經在模板工程中添加好的，這里只是跟大家強調一下：
這里要注意一點，為什么直接添加路徑Libraries\CMSIS\Include里面的頭文件即可，而沒有添加Libraries\CMSIS\DSP\Include，這是因為路徑Libraries\CMSIS\Include里面已經包含了DSP庫的頭文件。
7.5.3 第三步：添加宏定義
我們這里僅使能一個宏定義ARM_MATH_LOOPUNROLL：
7.5.4 第四步：開啟FPU
需要客戶通過MDK開啟FPU，由於STM32H7支持雙精度浮點，這里要開啟Double Precision。
7.5.5 第五步：添加頭文件arm_math.h
用到DSP庫函數的文件得添加#include "arm_math.h"就可以調用DSP庫的API了。至此就完成了DSP庫的移植。
7.6 DSP庫在IAR上的移植（庫移植方式）
移植方法與本章7.5小節的相同，僅第1步不同，將源碼的添加修改為庫添加：
7.7 升級到最新版DSP庫方法
由於CMSIS軟件包是實時更新的，這里提供一種升級的簡單辦法，按照本章7.1小節的說明下載到最新版CMSIS軟件包，然后直接覆蓋DSP工程里面的CMSIS文件夾即可。
7.8 簡易DSP庫函數驗證
這里我們主要運行arm_abs_f32，arm_abs_q31，arm_abs_q15這三個函數，以此來驗證我們移植的DSP庫是否正確。
配套例子：
本章配套了如下兩個例子：
- V7-200_DSP程序模板（源碼方式）
- V7-201_DSP程序模板（庫方式）
實驗目的：
1. 學習官方DSP庫的移植
實驗內容：
1. 按下按鍵K1, 串口打印函數arm_abs_f32的輸出結果
2. 按下按鍵K2, 串口打印函數arm_abs_q31的輸出結果
3. 按下按鍵K3, 串口打印函數arm_abs_q15的輸出結果
實驗現象：
通過串口上位機軟件SecureCRT看打印信息現象如下（分別按幾次K1，K2，K3）。如果編譯的是MDK的AC6工程，特別要注意本章7.7小節所說的問題。
程序設計：
程序的設計也比較簡單，通過按下不同的按鍵從而打印不同的DSP庫函數執行結果，主程序如下：
#include "bsp.h" /* 底層硬件驅動 */ #include "arm_math.h" /* 定義例程名和例程發布日期 */ #define EXAMPLE_NAME "V7-ARM的DSP移植模板（源碼方式）" #define EXAMPLE_DATE "2019-07-31" #define DEMO_VER "1.0" static void PrintfLogo(void); static void PrintfHelp(void); /* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: main * 功能說明: c程序入口 * 形 參: 無 * 返 回 值: 錯誤代碼(無需處理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按鍵代碼 */ 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(); /* 打印例程名稱和版本等信息 */ PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 啟動1個100ms的自動重裝的定時器 */ /* 主程序大循環 */ while (1) { /* CPU空閑時執行的函數，在 bsp.c */ bsp_Idle(); /* 判斷定時器超時時間 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 進來一次 */ /* 翻轉LED2的狀態 */ bsp_LedToggle(2); } /* 處理按鍵事件 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); if (ucKeyCode > 0) { /* 有鍵按下 */ switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1鍵按下 */ pSrc -= 1.23f; arm_abs_f32(&pSrc, &pDst, 1); printf("pDst = %f\r\n", pDst); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2鍵按下 */ pSrc1 -= 1; arm_abs_q31(&pSrc1, &pDst1, 1); printf("pDst1 = %d\r\n", pDst1); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3鍵按下 */ pSrc2 -= 1; arm_abs_q15(&pSrc2, &pDst2, 1); printf("pDst2 = %d\r\n", pDst2); break; default: break; } } } }
7.9 總結
本期教程主要跟大家介紹了官方DSP庫的移植，相對來說移植也比較簡單，建議初學的同學按照這個步驟移植一遍。