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第21章 DSP矩陣運算-加法，減法和逆矩陣
本期教程主要講解矩陣運算中的初始化，加法，逆矩陣和減法。
21.1 初學者重要提示
21.2 DSP基礎運算指令
21.3 矩陣初始化（MatInit）
21.4 矩陣加法（MatAdd）
21.5 矩陣減法（MatSub）
21.6 逆矩陣（MatInverse）
21.7 實驗例程說明（MDK）
21.8 實驗例程說明（IAR）
21.9 總結
21.1 初學者重要提示
- 復數運算比較重要，后面FFT章節要用到，如果印象不深的話，需要溫習下高數知識了。
- ARM提供的DSP庫逆矩陣求法有局限性，通過Matlab驗證是可以求逆矩陣的，而DSP庫卻不能正確求解。
21.2 DSP基礎運算指令
本章用到的DSP指令在前面章節都已經講解過。
21.3 矩陣初始化（MatInit）
主要用於矩陣結構體成員的初始化，浮點格式矩陣結構體定義如下：
typedef struct { uint16_t numRows; // 矩陣行數. uint16_t numCols; // 矩陣列數 float32_t *pData; // 矩陣地址 } arm_matrix_instance_f32
定點數Q31格式矩陣結構體定義如下：
typedef struct { uint16_t numRows; //矩陣行數 uint16_t numCols; //矩陣列數 q31_t *pData; //矩陣地址 } arm_matrix_instance_q31;
定點數Q15格式矩陣結構體定義如下：
typedef struct { uint16_t numRows; //矩陣行數 uint16_t numCols; //矩陣列數 q15_t *pData; //矩陣地址 } arm_matrix_instance_q15;
21.3.1 函數arm_mat_init_f32
函數原型：
void arm_mat_init_f32(
arm_matrix_instance_f32 * S,
uint16_t nRows,
uint16_t nColumns,
float32_t * pData)
函數描述：
這個函數用於浮點格式的矩陣數據初始化。
函數參數：
- 第1個參數是arm_matrix_instance_f32類型矩陣結構體指針變量。
- 第2個參數是矩陣行數。
- 第3個參數是矩陣列數。
- 第4個參數是矩陣數據地址。
21.3.2 函數arm_mat_init_q31
函數原型：
void arm_mat_init_f32(
arm_matrix_instance_f32 * S,
uint16_t nRows,
uint16_t nColumns,
float32_t * pData)
函數描述：
這個函數用於定點數Q31格式的矩陣數據初始化。
函數參數：
- 第1個參數是arm_matrix_instance_q31類型矩陣結構體指針變量。
- 第2個參數是矩陣行數。
- 第3個參數是矩陣列數。
- 第4個參數是矩陣數據地址。
21.3.3 函數arm_mat_init_q15
函數原型：
void arm_mat_init_f32(
arm_matrix_instance_f32 * S,
uint16_t nRows,
uint16_t nColumns,
float32_t * pData)
函數描述：
這個函數用於定點數Q15格式的矩陣數據初始化。
函數參數：
- 第1個參數是arm_matrix_instance_q15類型矩陣結構體指針變量。
- 第2個參數是矩陣行數。
- 第3個參數是矩陣列數。
- 第4個參數是矩陣數據地址。
21.3.4 使用舉例
程序設計：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: DSP_MatInit * 功能說明: 矩陣數據初始化 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatInit(void) { uint8_t i; /****浮點數數組******************************************************************/ 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列數據 /****定點數Q31數組******************************************************************/ q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列數據 /****定點數Q15數組******************************************************************/ q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列數據 /****浮點數***********************************************************************/ printf("****浮點數******************************************\r\n"); arm_mat_init_f32(&pSrcA, 3,3, pDataA); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataA[%d] = %f\r\n", i, pDataA[i]); } /****定點數Q31***********************************************************************/ printf("****浮點數******************************************\r\n"); arm_mat_init_q31(&pSrcA1, 3,3, pDataA1); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataA1[%d] = %d\r\n", i, pDataA1[i]); } /****定點數Q15***********************************************************************/ printf("****浮點數******************************************\r\n"); arm_mat_init_q15(&pSrcA2, 3,3, pDataA2); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataA2[%d] = %d\r\n", i, pDataA2[i]); } }
實驗現象（按下K1按鍵后串口打印模平方）：
21.4 矩陣加法（MatAdd）
以3*3矩陣為例，矩陣加法的實現公式如下：
21.4.1 函數arm_mat_add_f32
函數原型：
arm_status arm_mat_add_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函數描述：
這個函數用於浮點數的矩陣加法。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣A的源地址。
- 第2個參數是矩陣B的源地址。
- 第3個參數是矩陣A + 矩陣B計算結果存儲的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。
注意事項：
- pSrcA，pSrcB，pDst的行數和列數必須是相同的，否則沒有辦法使用加法運算。
- 矩陣在數組中的存儲是從左到右，再從上到下。
21.4.2 函數arm_mat_add_q31
函數原型：
arm_status arm_mat_add_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函數描述：
這個函數用於定點數Q31的矩陣加法。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣A的源地址。
- 第2個參數是矩陣B的源地址。
- 第3個參數是矩陣A + 矩陣B計算結果存儲的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。
注意事項：
- 使用了飽和運算，輸出結果范圍[0x80000000 0x7FFFFFFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行數和列數必須是相同的，否則沒有辦法使用加法運算。
- 矩陣在數組中的存儲是從左到右，再從上到下。
21.4.3 函數arm_mat_add_q15
函數原型：
arm_status arm_mat_add_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函數描述：
這個函數用於定點數Q15的矩陣加法。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣A的源地址。
- 第2個參數是矩陣B的源地址。
- 第3個參數是矩陣A + 矩陣B計算結果存儲的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。
注意事項：
- 使用了飽和運算，輸出結果范圍[0x8000 0x7FFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行數和列數必須是相同的，否則沒有辦法使用加法運算。
- 矩陣在數組中的存儲是從左到右，再從上到。
21.4.4 用舉例（含Matlab實現）
程序設計：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: DSP_MatAdd * 功能說明: 矩陣求和 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatAdd(void) { uint8_t i; /****浮點數數組******************************************************************/ float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f}; float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f}; float32_t pDataDst[9]; arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列數據 arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列數據 arm_matrix_instance_f32 pDst; /****定點數Q31數組******************************************************************/ q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; q31_t pDataB1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; q31_t pDataDst1[9]; arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q31 pDst1; /****定點數Q15數組******************************************************************/ q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; q15_t pDataB2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; q15_t pDataDst2[9]; arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q15 pDst2; /****浮點數***********************************************************************/ pSrcA.numCols = 3; pSrcA.numRows = 3; pSrcA.pData = pDataA; pSrcB.numCols = 3; pSrcB.numRows = 3; pSrcB.pData = pDataB; pDst.numCols = 3; pDst.numRows = 3; pDst.pData = pDataDst; printf("****浮點數******************************************\r\n"); arm_mat_add_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]); } /****定點數Q31***********************************************************************/ pSrcA1.numCols = 3; pSrcA1.numRows = 3; pSrcA1.pData = pDataA1; pSrcB1.numCols = 3; pSrcB1.numRows = 3; pSrcB1.pData = pDataB1; pDst1.numCols = 3; pDst1.numRows = 3; pDst1.pData = pDataDst1; printf("****定點數Q31******************************************\r\n"); arm_mat_add_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]); } /****定點數Q15***********************************************************************/ pSrcA2.numCols = 3; pSrcA2.numRows = 3; pSrcA2.pData = pDataA2; pSrcB2.numCols = 3; pSrcB2.numRows = 3; pSrcB2.pData = pDataB2; pDst2.numCols = 3; pDst2.numRows = 3; pDst2.pData = pDataDst2; printf("****定點數Q15******************************************\r\n"); arm_mat_add_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]); } }
實驗現象（按下K2按鍵后串口打印矩陣加法）：
下面通過Matlab來求解矩陣和（在命令窗口輸入）：
21.5 矩陣減法（MatSub）
以3*3矩陣為例，矩陣減法的實現公式如下：
21.5.1 函數arm_mat_sub_f32
函數原型：
arm_status arm_mat_sub_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函數描述：
這個函數用於浮點數的矩陣減法。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣A的源地址。
- 第2個參數是矩陣B的源地址。
- 第3個參數是矩陣A減去矩陣B計算結果存儲的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。
注意事項：
- pSrcA，pSrcB，pDst的行數和列數必須是相同的，否則沒有辦法使用加法運算。
- 矩陣在數組中的存儲是從左到右，再從上到下。
21.5.2 函數arm_mat_sub_q31
函數原型：
arm_status arm_mat_sub_q31(
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q31 * pDst)
函數描述：
這個函數用於定點數Q31的矩陣減法。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣A的源地址。
- 第2個參數是矩陣B的源地址。
- 第3個參數是矩陣A減去矩陣B計算結果存儲的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。
注意事項：
- 使用了飽和運算，輸出結果范圍[0x80000000 0x7FFFFFFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行數和列數必須是相同的，否則沒有辦法使用加法運算。
- 矩陣在數組中的存儲是從左到右，再從上到下。
21.5.3 函數arm_mat_sub_q15
函數原型：
arm_status arm_mat_sub_q15(
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q15 * pDst)
函數描述：
這個函數用於定點數Q15的矩陣減法。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣A的源地址。
- 第2個參數是矩陣B的源地址。
- 第3個參數是矩陣A減去矩陣B計算結果存儲的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。
注意事項：
- 使用了飽和運算，輸出結果范圍[0x8000 0x7FFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行數和列數必須是相同的，否則沒有辦法使用加法運算。
- 矩陣在數組中的存儲是從左到右，再從上。
21.5.4 使用舉例（含Matlab實現）
程序設計：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: DSP_MatSub * 功能說明: 矩陣減法 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatSub(void) { uint8_t i; /****浮點數數組******************************************************************/ float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f}; float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f}; float32_t pDataDst[9]; arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列數據 arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列數據 arm_matrix_instance_f32 pDst; /****定點數Q31數組******************************************************************/ q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; q31_t pDataB1[9] = {2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2}; q31_t pDataDst1[9]; arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q31 pDst1; /****定點數Q15數組******************************************************************/ q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; q15_t pDataB2[9] = {2, 2, 2, 2, 23, 2, 2, 2, 2}; q15_t pDataDst2[9]; arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列數據 arm_matrix_instance_q15 pDst2; /****浮點數***********************************************************************/ pSrcA.numCols = 3; pSrcA.numRows = 3; pSrcA.pData = pDataA; pSrcB.numCols = 3; pSrcB.numRows = 3; pSrcB.pData = pDataB; pDst.numCols = 3; pDst.numRows = 3; pDst.pData = pDataDst; printf("****浮點數******************************************\r\n"); arm_mat_sub_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]); } /****定點數Q31***********************************************************************/ pSrcA1.numCols = 3; pSrcA1.numRows = 3; pSrcA1.pData = pDataA1; pSrcB1.numCols = 3; pSrcB1.numRows = 3; pSrcB1.pData = pDataB1; pDst1.numCols = 3; pDst1.numRows = 3; pDst1.pData = pDataDst1; printf("****定點數Q31******************************************\r\n"); arm_mat_sub_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]); } /****定點數Q15***********************************************************************/ pSrcA2.numCols = 3; pSrcA2.numRows = 3; pSrcA2.pData = pDataA2; pSrcB2.numCols = 3; pSrcB2.numRows = 3; pSrcB2.pData = pDataB2; pDst2.numCols = 3; pDst2.numRows = 3; pDst2.pData = pDataDst2; printf("****定點數Q15******************************************\r\n"); arm_mat_sub_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]); } }
實驗現象（按下OK按鍵后串口打印矩陣減法）：
下面通過Matlab來求解矩陣減法（在命令窗口輸入）。
21.6 逆矩陣（MatInverse）
以3*3矩陣為例，逆矩陣的實現公式如下（Gauss-Jordan法求逆矩陣）：
21.6.1 函數arm_mat_inverse_f64
函數原型：
arm_status arm_mat_inverse_f64(
const arm_matrix_instance_f64 * pSrc,
arm_matrix_instance_f64 * pDst)
函數描述：
這個函數用於64bit浮點數的逆矩陣求解。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣源地址。
- 第2個參數是求逆后的矩陣地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。ARM_MATH_SINGULAR表示矩陣不可逆。
注意事項：
- pSrc必須得是方陣（行數和列數相同）。
- pSrc和pDst必須是相同的方陣。
- 輸入的矩陣可逆，函數會返回ARM_MATH_SUCCESS，如果不可逆，返回ARM_MATH_SINGULAR。
- ARM官方庫只提供了浮點數矩陣求逆矩陣。
21.6.2 函數arm_mat_inverse_f32
函數原型：
arm_status arm_mat_inverse_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrc,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函數描述：
這個函數用於32bit浮點數的逆矩陣求解。
函數參數：
- 第1個參數是矩陣源地址。
- 第2個參數是求逆后的矩陣地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩陣大小不一致。ARM_MATH_SINGULAR表示矩陣不可逆。
注意事項：
- pSrc必須得是方陣（行數和列數相同）。
- pSrc和pDst必須是相同的方陣。
- 輸入的矩陣可逆，函數會返回ARM_MATH_SUCCESS，如果不可逆，返回ARM_MATH_SINGULAR。
- ARM官方庫只提供了浮點數矩陣求逆矩陣。
21.6.3 使用舉例（含Matlab實現）
程序設計：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: DSP_MatInverse * 功能說明: 求逆矩陣 * 形 參: 無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatInverse(void) { uint8_t i; arm_status sta; /****浮點數數組******************************************************************/ float32_t pDataB[36]; float32_t pDataA[36] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 2.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 3.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 4.0f}; arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //6行6列數據 arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //6行6列數據; /****浮點數***********************************************************************/ pSrcA.numCols = 6; pSrcA.numRows = 6; pSrcA.pData = pDataA; pSrcB.numCols = 6; pSrcB.numRows = 6; pSrcB.pData = pDataB; sta = arm_mat_inverse_f32(&pSrcA, &pSrcB); /* sta = ARM_MATH_SUCCESS, 即返回0，表示求逆矩陣成功。 sta = ARM_MATH_SINGULAR, 即返回-5，表示求逆矩陣失敗，也表示不可逆。 注意，ARM提供的DSP庫逆矩陣求發有局限性，通過Matlab驗證是可以求逆矩陣的，而DSP庫卻不能正確求解。 */ printf("----sta %d\r\n", sta); for(i = 0; i < 36; i++) { printf("pDataB[%d] = %f\r\n", i, pDataB[i]); } }
實驗現象（按下K3按鍵后串口打印逆矩陣）：
下面我們通過Matlab來實現求逆矩陣（在命令窗口輸入）：
21.7 實驗例程說明（MDK）
配套例子：
V7-216_DSP矩陣運算（加法，減法和逆矩陣）
實驗目的：
- 學習DSP復數運算（加法，減法和逆矩陣）
實驗內容：
- 啟動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，串口打函數DSP_MatInit的輸出數據。
- 按下按鍵K2，串口打函數DSP_MatAdd的輸出數據。
- 按下按鍵K3，串口打函數DSP_MatInverse的輸出數據。
- 按下搖桿OK鍵，串口打函數DSP_MatSub的輸出數據。
使用AC6注意事項
特別注意附件章節C的問題
上電后串口打印的信息：
波特率 115200，數據位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。
詳見本章的3.4 ，4.4，5.4和6.3小節。
程序設計：
系統棧大小分配：
RAM空間用的DTCM：
硬件外設初始化
硬件外設的初始化是在 bsp.c 文件實現：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: bsp_Init * 功能說明: 初始化所有的硬件設備。該函數配置CPU寄存器和外設的寄存器並初始化一些全局變量。只需要調用一次 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 配置MPU */ MPU_Config(); /* 使能L1 Cache */ CPU_CACHE_Enable(); /* STM32H7xx HAL 庫初始化，此時系統用的還是H7自帶的64MHz，HSI時鍾: - 調用函數HAL_InitTick，初始化滴答時鍾中斷1ms。 - 設置NVIV優先級分組為4。 */ HAL_Init(); /* 配置系統時鍾到400MHz - 切換使用HSE。 - 此函數會更新全局變量SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用於代碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默認不開啟，如果要使能此選項，務必看V7開發板用戶手冊第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder並開啟 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因為按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定時器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC總線74HC574擴展IO. 必須在 bsp_InitLed()前執行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
MPU配置和Cache配置：
數據Cache和指令Cache都開啟。配置了AXI SRAM區（本例子未用到AXI SRAM），FMC的擴展IO區。
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: MPU_Config * 功能說明: 配置MPU * 形 參: 無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void MPU_Config( void ) { MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; /* 禁止 MPU */ HAL_MPU_Disable(); /* 配置AXI SRAM的MPU屬性為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擴展IO的MPU屬性為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 數 名: CPU_CACHE_Enable * 功能說明: 使能L1 Cache * 形 參: 無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void CPU_CACHE_Enable(void) { /* 使能 I-Cache */ SCB_EnableICache(); /* 使能 D-Cache */ SCB_EnableDCache(); }
主功能：
主程序實現如下操作：
- 啟動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，串口打函數DSP_MatInit的輸出數據。
- 按下按鍵K2，串口打函數DSP_MatAdd的輸出數據。
- 按下按鍵K3，串口打函數DSP_MatInverse的輸出數據。
- 按下搖桿OK鍵，串口打函數DSP_MatSub的輸出數據。
/* ********************************************************************************************************* * 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 */ 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); /* 啟動1個100ms的自動重裝的定時器 */ /* 進入主程序循環體 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 這個函數在bsp.c文件。用戶可以修改這個函數實現CPU休眠和喂狗 */ /* 判斷定時器超時時間 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 進來一次 */ bsp_LedToggle(2); } ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* 按下按鍵K1，串口打函數DSP_MatInit的輸出數據 */ DSP_MatInit(); break; case KEY_DOWN_K2: /* 按下按鍵K2，串口打函數DSP_MatAdd的輸出數據 */ DSP_MatAdd(); break; case KEY_DOWN_K3: /* 按下按鍵K3，串口打函數DSP_MatInverse的輸出數據 */ DSP_MatInverse(); break; case JOY_DOWN_OK: /* 按下搖桿OK鍵，串口打函數DSP_MatSub的輸出數據 */ DSP_MatSub(); break; default: /* 其他的鍵值不處理 */ break; } } } }
21.8 實驗例程說明（IAR）
配套例子：
V7-216_DSP矩陣運算（加法，減法和逆矩陣）
實驗目的：
- 學習DSP復數運算（加法，減法和逆矩陣）
實驗內容：
- 啟動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，串口打函數DSP_MatInit的輸出數據。
- 按下按鍵K2，串口打函數DSP_MatAdd的輸出數據。
- 按下按鍵K3，串口打函數DSP_MatInverse的輸出數據。
- 按下搖桿OK鍵，串口打函數DSP_MatSub的輸出數據。
使用AC6注意事項
特別注意附件章節C的問題
上電后串口打印的信息：
波特率 115200，數據位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。
詳見本章的3.4 ，4.4，5.4和6.3小節。
程序設計：
系統棧大小分配：
RAM空間用的DTCM：
硬件外設初始化
硬件外設的初始化是在 bsp.c 文件實現：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: bsp_Init * 功能說明: 初始化所有的硬件設備。該函數配置CPU寄存器和外設的寄存器並初始化一些全局變量。只需要調用一次 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 配置MPU */ MPU_Config(); /* 使能L1 Cache */ CPU_CACHE_Enable(); /* STM32H7xx HAL 庫初始化，此時系統用的還是H7自帶的64MHz，HSI時鍾: - 調用函數HAL_InitTick，初始化滴答時鍾中斷1ms。 - 設置NVIV優先級分組為4。 */ HAL_Init(); /* 配置系統時鍾到400MHz - 切換使用HSE。 - 此函數會更新全局變量SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用於代碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默認不開啟，如果要使能此選項，務必看V7開發板用戶手冊第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder並開啟 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因為按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定時器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC總線74HC574擴展IO. 必須在 bsp_InitLed()前執行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
MPU配置和Cache配置：
數據Cache和指令Cache都開啟。配置了AXI SRAM區（本例子未用到AXI SRAM），FMC的擴展IO區。
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: MPU_Config * 功能說明: 配置MPU * 形 參: 無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void MPU_Config( void ) { MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; /* 禁止 MPU */ HAL_MPU_Disable(); /* 配置AXI SRAM的MPU屬性為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擴展IO的MPU屬性為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 數 名: CPU_CACHE_Enable * 功能說明: 使能L1 Cache * 形 參: 無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ static void CPU_CACHE_Enable(void) { /* 使能 I-Cache */ SCB_EnableICache(); /* 使能 D-Cache */ SCB_EnableDCache(); }
主功能：
主程序實現如下操作：
- 啟動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- 按下按鍵K1，串口打函數DSP_MatInit的輸出數據。
- 按下按鍵K2，串口打函數DSP_MatAdd的輸出數據。
- 按下按鍵K3，串口打函數DSP_MatInverse的輸出數據。
- 按下搖桿OK鍵，串口打函數DSP_MatSub的輸出數據。
/* ********************************************************************************************************* * 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 */ 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); /* 啟動1個100ms的自動重裝的定時器 */ /* 進入主程序循環體 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 這個函數在bsp.c文件。用戶可以修改這個函數實現CPU休眠和喂狗 */ /* 判斷定時器超時時間 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 進來一次 */ bsp_LedToggle(2); } ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* 按下按鍵K1，串口打函數DSP_MatInit的輸出數據 */ DSP_MatInit(); break; case KEY_DOWN_K2: /* 按下按鍵K2，串口打函數DSP_MatAdd的輸出數據 */ DSP_MatAdd(); break; case KEY_DOWN_K3: /* 按下按鍵K3，串口打函數DSP_MatInverse的輸出數據 */ DSP_MatInverse(); break; case JOY_DOWN_OK: /* 按下搖桿OK鍵，串口打函數DSP_MatSub的輸出數據 */ DSP_MatSub(); break; default: /* 其他的鍵值不處理 */ break; } } } }
21.9 總結
本期教程就跟大家講這么多，有興趣的可以深入研究下算法的具體實現。