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| V1.0 | 2020-04-21 | gingko | 初次建立 |
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===== STM32CbeMX教程四十一——DSP_MATH实验 =====
1. 新建工程：在主界面选择File-->New Project 或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR
{{ :icore3:icore3_cube_41_1.png?direct | }}
2. 出现芯片型号选择，搜索自己芯片的型号，双击型号，或者点击Start Project进入配置
在搜索栏的下面，提供的各种查找方式，可以选择芯片内核、型号等等，可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为：STM32F407IGTx。
{{ :icore3:icore3_cube_41_2.png?direct | }}
3. 配置RCC，使用外部时钟源
{{ :icore3:icore3_cube_41_3.png?direct | }}
4. 配置调试引脚
{{ :icore3:icore3_cube_41_4.png?direct | }}
5. 将LED对应的3个引脚（PI5，PI6，PI7）设置为GPIO_Output
{{ :icore3:icore3_cube_41_5.png?direct | }}
6. 引脚模式配置
{{ :icore3:icore3_cube_41_6.png?direct | }}
7. 设置串口
{{ :icore3:icore3_cube_41_7.png?direct | }}
8设置定时器
{{ :icore3:icore3_cube_41_8.png?direct | }}
9. 时钟源设置，选择外部高速时钟源，配置为最大主频
{{ :icore3:icore3_cube_41_9.png?direct | }}
10. 工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个，其他的默认即可 IDE我们使用的是 MDK5
{{ :icore3:icore3_cube_41_10.png?direct | }}
11. 点击Code Generator，进行进一步配置
{{ :icore3:icore3_cube_41_11.png?direct | }}
* **Copy all used libraries into the project folder**
* 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中
* 优点：这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便
* 缺点：体积大，编译时间很长
* **Copy only the necessary library files**
* 只复制所需要的.C和.H（推荐）
* 优点：体积相对小，编译时间短，并且工程可复制拷贝
* 缺点：新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入
* **Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file**
* 不复制文件，直接从软件包存放位置导入.C和.H
* 优点：体积小，比较节约硬盘空间
* 缺点：复制到其他电脑上或者软件包位置改变，就需要修改相对应的路径
自行选择方式即可
12. 然后点击GENERATE CODE 创建工程
{{ :icore3:icore3_cube_41_12.png?direct | }}
创建成功，打开工程。
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===== 实验四十一：DSP_MATH实验 =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解STM32 DSP_MATH结构。
- 了解STM32 DSP_MATH特征。
- 掌握DSP_MATH使用方法。
- 掌握STM32 DSP_MATH库的配置方法
- 掌握Keil MDK集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore3 双核心板。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c.w4024-251734887.3.5923532fXD2RIN&id=524229438677&scene=taobao_shop|点击购买]]
- JLINK（或相同功能）仿真器。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c.w4002-251734908.13.20822b61MmPeNN&id=554869837940|点击购买]]
- Micro USB线缆。
- Keil MDK 开发平台。
- STM32CubeMX开发平台。
- 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====
=== 1、FPU简介 ===
* STM32F4xx属于Cortex M4F架构，带有32位的单精度硬件FPU(Float Point Unit)，支持浮点指令集，相对比M0和M3架构，浮点运算性能高出数十倍甚至上百倍。CortexM4 FPU是ARM FPv4-SP单精度FPU一种实现形式。
=== 2、DSP库的使用 ===
* STM32F4的Cortex-M4内核不仅内置硬件FPU单元，还支持DSP多种指令集，比如支持单周期乘加指令（MAC）、优化的单指令多数据指令（SIMD）等。因此Cortex-M4执行所有的DSP指令集都可以在单周期内完成，而Cortex-M3和M0需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能。比如开方运算，M3和M0只能通过迭代法（标准数学函数库）计算，而M4F直接调用VSQRT指令完成。
* （1）获取DSP库
* ST官方提供了一整套的DSP库方便我们开发使用。在ST提供的标准库：stm32f4_dsp_stdperiph_lib.zip里面就有（该文件可以从ST官网上下载：http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF257901下载，文件名：STSW-STM32065）。下载解压缩之后，在目录STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→DSP_Lib下可以找到DSP库文件和测试实例。Sourse中是所有DSP库文件源代码，Examples文件夹下是一些测试实例。
* （2）DSP库简介
* ST提供了.lib格式的文件，方便使用这些库。这些.lib文件就是由Source文件夹下的源码编译生成的，如果想看某个函数的源码，可以在Source文件夹下面查找。.lib格式文件路径：STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→Lib→ARM，总共有8个.lib文件，和M4F相关的有两个：
* arm_cortexM4bf_math.lib(浮点Cortex-M4大端模式)
* arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)
* STM32F4的内核CortexM4F采用小端模式，所以选择：arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)。
==== 四、 实验程序 ====
=== 1. 硬件FPU功能的开启 ===
* 默认情况下，STM32F4xx的FPU是禁用的，可以通过设置协处理器控制寄存器（CPACR）来开启硬件FPU。在keil编程环境下，可以通过定义全局宏定义标识符_FPU_PRESENT和_FPU_USED都为1来开启硬件FPU。其中宏定义标识符_FPU_PRESENT用来确认处理是否带有FPU功能，标识符_FPU_USED用来确定是否开启FPU功能。实际上，因为STM32F4是带有FPU功能的，所以在stm32f4xx.h头文件中，默认定义_FPU_PRESENT为1。若要开启FPU还需要在头文件stm32f4xx.h中定义标示符_FPU_USED的值为1。即在刚才的宏定义下边添加一个宏定义。
#de-fi-ne __CM4_REV 0x0001U /*!< Core revision r0p1 */
#de-fi-ne __MPU_PRESENT 1U /*!< STM32F4XX provides an MPU */
#de-fi-ne __NVIC_PRIO_BITS 4U /*!< STM32F4XX uses 4 Bits for the Priority Levels */
#de-fi-ne __Vendor_SysTickConfig 0U /*!< Set to 1 if different SysTick Config is used */
#de-fi-ne __FPU_PRESENT 1U /*!< FPU present */
#define __FPU_USED 1U
* 至此则完成硬件FPU的使能。在程序中如果遇到浮点运算就会使用硬件FPU相关指令，执行浮点运算，大大提升系统浮点运算速度。
=== 2. DSP库编程环境搭建 ===
* 首先添加库文件。在工程目录下新建DSP_LIB文件夹用于存放库文件。然后把arm_cortexM4lf_math.lib和相关头文件（路径STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0\ Libraries\CMSIS\Include 里的文件）拷贝到DSP_LIB文件夹中。
* **附**：ST官方提供了一整套的DSP库方便我们开发使用。在ST提供的标准库：stm32f4_dsp_stdperiph_lib.zip里面就有，该文件可以从ST官网上下载：http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF257901下载，文件名：STSW-STM32065。下载解压缩之后，在目录STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0→Libraries→CMSIS→DSP_Lib下可以找到DSP库文件和测试实例。Sourse中是所有DSP库文件源代码，Examples文件夹下是一些测试实例里的文件）。
* 然后打开工程，新建DSP_LIB分组，并将arm_cortexM4lf_math.lib添加到工程里面。
* 添加好文件之后，需要添加头文件包含路径，将第一步拷贝的Include文件夹和DSP_LIB文件夹，加入头文件包含路径。打开工程属性设置面板，然后点击”C/C++“选项卡，点击对号处，弹出include path设置面板。添加”..\DSP_LIB“和“..\DSP_LIB\Include“两个路径。
{{ :icore3:icore3_arm_hal_41_1.png?direct |}}
* 最后，为了能够使用DSP库的所有功能，还需要添加以下几个全局宏定义
* 1、ARM_MATH_CM4
{{ :icore3:icore3_arm_hal_41_2.png?direct |}}
* 2、_CC_ARM
* 3、ARM_MATH_MATRIX_CHECK
* 4、ARM_MATH_ROUNDING
* 添加方法是打开工程属性设置面板，然后点击”C/C++“选项卡，在“Preprocessor Symbols“下的”Define：”文本框中进行添加。两个宏之间用“，”隔开。
=== 3. 主函数 ===
* 主函数中通过定时器计时，计算在普通模式下浮点数的计算所用时间与DSP模式下计算浮点数所用时间相对比，将结果打印在屏幕上，显而易见，DSP模式所花费的时间更少。
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
int i,j;
int res;
float time[2];
static int error_flag = 0;
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_TIM3_Init();
MX_UART4_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
usart4.initialize(115200);
usart4.printf("\x0c");
usart4.printf("\033[1;32;40m");
usart4.printf("Hello, I am iCore4!\r\n\r\n");
usart4.printf("DSP BasicMath TEST......\r\n");
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
timeout = 0;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3,0);
for(j = 0;j < 10000;j++){
for(i = 0;i < MAX_BLOCKSIZE;i ++){
res = SinCos_Test(testInput_f32[i],0);
if(res != 0)error_flag ++;
}
}
time[0] = __HAL_TIM_GET_COUTER(&htim3)+ timeout*5000;
timeout = 0;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3,0);
for(j = 0;j < 10000;j++){
for(i = 0;i < MAX_BLOCKSIZE;i ++){
res = SinCos_Test(testIput_f32[i],1);
if(res != 0)error_flag ++;
}
}
time[1] = __HAL_TIM_GET_COUTER(&htim3)+ timeout*5000;
if(error_flag == 0){
usart4.printf("*NO DSP MATH LIB runtime:%0.1fms *USE DSP MATHLIB runtime:%0.1fms\r",time[0]/10,time[1]/10);
LED_GREEN_ON;
LED_RED_OFF;
LED_BLUE_OFF;
}
else{
usart4.printf("Error\r");
LED_GREEN_OFF;
LED_RED_ON;
LED_BLUE_OFF;
}
}
=== 4. 计算函数 ===
int SinCos_Test(float testInput,unsigned char mode)
{
float Sinx,Cosx;
float Result;
switch (mode){
case 0: //不适用DSP_MATH库
Sinx = sinf(testInput);
Cosx = cosf(testInput);
Result = Sinx*Sinx + Cosx*Cosx;
Result = fabsf(Result-1.0f);
if(Result > DELTA)return -1;
break;
case 1://使用DSP_MATH库
Sinx = arm_sin_f32(testInput);
Cosx = arm_cos_f32(testInput);
Result = Sinx*Sinx + Cosx*Cosx;
Result = fabsf(Result-1.0f);
if(Result > DELTA)return -1;
break;
default:
break;
}
return 0;
}
}
time[0] = __HAL_TIM_GET_COUTER(&htim3)+ timeout*5000;
timeout = 0;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3,0);
for(j = 0;j < 10000;j++){
for(i = 0;i < MAX_BLOCKSIZE;i ++){
res = SinCos_Test(testIput_f32[i],1);
if(res != 0)error_flag ++;
}
}
time[1] = __HAL_TIM_GET_COUTER(&htim3)+ timeout*5000;
if(error_flag == 0){
usart4.printf("*NO DSP MATH LIB runtime:%0.1fms *USE DSP MATHLIB runtime:%0.1fms\r",time[0] / 10, time[1] / 10);
LED_GREEN_ON;
LED_RED_OFF;
LED_BLUE_OFF;
}
else{
usart4.printf("Error\r");
LED_GREEN_OFF;
LED_RED_ON;
LED_BLUE_OFF;
}
}
=== 5. 启动定时器计数模式 ===
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
if(tim_baseHandle->Instance==TIM3)
{
__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 1, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);//开启定时器中断计数模式
}
}
==== 五、 实验步骤 ====
- 把仿真器与iCore3的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
- 把iCore3通过Micro USB线与计算机相连，为iCore3供电；
- 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
- 烧写程序到iCore3上；
- 也可以进入Debug模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑；
- 打开串口软件，显示运行结果。
==== 六、 实验现象 ====
* 串口软件将会显示计算结果，LED将会表示状态。
{{ :icore3:icore3_arm_hal_41_3.png?direct |}}