教你如何在STM32中使用DSP指令

​01、DSP簡介

提到DSP，作為電子專業的學生，大部分第一時間想到的是DSP芯片，DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。

實際上，DSP的全稱是數字信號處理（DigitalSignalProcessing，簡稱DSP）。在過去的二十多年時間里，數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛DSP技術圖解的應用。

如下面ARM官方描述的，ARM處理器是支持DSP的。

​

主要是在cortex-R和Cortex-M內核支持。

​

Arm 的數字信號控制器Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M33、Cortex-M35P和Cortex-M55處理器滿足了對高性能通用代碼處理以及數字信號處理應用的需求。

​

向Thumb 指令集添加DSP 擴展和可選浮點單元(FPU)，旨在提高數值算法的性能。此外，它們提供了直接在 Cortex-M處理器上執行信號處理操作的機會，同時保持Cortex-M程序員模型的易用性。

02、IAR中DSP Libary的使用

ArmCortex-M3 /M4處理器提供信號處理指令，例如SIMD（單指令多數據）。特別是Cortex-M4專為DSP應用而設計，它支持高級SIMD，MAC（乘法和累加）指令。此外，Cortex-M4F器件具有FPU（浮點單元），用於處理浮點計算。

有幾種方法可以使用這些指令，例如使用匯編程序例程或內部函數，但最實用的方法之一是使用ArmCortex微控制器軟件接口標准（CMSIS）DSP庫。CMSIS-DSP庫專為Cortex-M處理器而設計，它為數字信號處理提供優化的功能，如矩陣函數，統計函數，高級數學函數等。

IAREmbedded Workbench forArm中提供了預構建的CMSIS-DSP庫及其源代碼，在本文中，我們將了解如何將CMSIS-DSP庫與IAREmbedded Workbench for Arm一起使用以及如何改進性能。

Configuringthe CMSIS-DSP library

配置CMSIS-DSP庫

​

讓我們看看如何調用CMSIS-DSP功能及其性能。這里我們將使用sqrt（平方根）函數並與標准數學函數進行比較：​

//#define DSP_Lib

#ifdef DSP_Lib
#include <arm_math.h>
#endif

#include <math.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
#ifdef DSP_Lib
  float32_t f_input_cmsis_dsp = 2;
  float32_t f_result_cmsis_dsp;
#endif
  
  float f_input = 2;
  float f_result;
  

#ifdef DSP_Lib
  /* Using CMSIS-DSP library */
  arm_sqrt_f32(f_input_cmsis_dsp,&f_result_cmsis_dsp);
  printf("f1: %f\n",f_result_cmsis_dsp);
#endif
  
  /* Standard math function */
  f_result = sqrt(f_input);
  printf("f2: %f\n",f_result);
  
  return 0;
}

結果如下

f1: 1.414214 
f2: 1.414214

​接下來，讓我們來看看性能。

IAREmbedded Workbench中的CYCLECOUNTER寄存器可用於檢查正在運行的代碼所消耗的周期數。在檢查上次執行的C/ C ++源代碼或匯編程序步驟期間的循環次數時，CCSTEP寄存器非常方便有用。

​

設置斷點並記下sqrt函數的CCSTEP值：

​

在這種情況下，CMSIS-DSPsqrt功能比標准數學函數快10倍以上。​

arm_sqrt_f32 :    52 cycles
sqrt :            752 cycles

從這個簡單的例子中，我們可以看到CMSIS-DSP非常易於使用，並且顯着提高了性能。

點擊查看本文所在的專輯，STM32F207教程