STM32F4-浮点DSP库的MDK开发环境的设置

参考资料：正点原子STM32F4开发指南（库函数版本） 51.FPU测试(Julia分形)实验 & 52.DSP测试实验

 

一、硬件FPU的使能

STM32F4 硬件FPU 使用的要点：设置CPACR 寄存器（协处理器控制寄存器）bit20~23 为1，使能硬件FPU。CPACR 寄存器这4 个位的设置，我们在system_stm32f4xx_c 文件里面开启，要求宏定义：__FPU_PRESENT=1 & __FPU_USED=1.

  /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
  #endif

1.宏定义标识符__FPU_PRESENT 用来确定处理器是否带FPU 功能，因为F4 是带FPU 功能的，所以在我们的stm32f4xx.h 头文件里面，我们默认是定义了__FPU_PRESENT 为1（位于stm32f427xx.h文件中）。

#define __FPU_PRESENT 1U /*!< FPU present */ 

2.标识符__FPU_USED 用来确定是否开启FPU功能。设置方法又三种：（1）第一种是直接在头文件STM32f4xx.h 中定义宏定义标识符__FPU_USED 的值为1；（2）在Target选项卡里面，设置Floating Point Hardware 为Use Single Precision（最简便）；（3）在C/C++选项卡内，添加全局宏定义标识符__FPU_USED=1

通过设置以上两个宏定义即可使能硬件FPU。

 二、支持DSP指令集

STM32F4 采用Cortex-M4 内核，相比Cortex-M3 系列除了内置硬件FPU 单元，在数字信号处理方面还增加了DSP 指令集，支持诸如单周期乘加指令（MAC（32 位乘法累加）），优化的单指令多数据指令（SIMD），饱和算数等多种数字信号处理指令集。相比Cortex-M3，Cortex-M4 在数字信号处理能力方面得到了大大的提升。Cortex-M4 执行所有的DSP 指令集都可以在单周期内完成，而Cortex-M3 需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能。

受益于SIMD 指令的支持，Cortex-M4 处理器能在单周期内完成高达32×32+64——>64 的运算，为其他任务释放处理器的带宽，而不是被乘法和加法消耗运算资源。

1、DSP库的介绍

STM32F4 的DSP 库源码和测试实例在ST 提供的标准库：stm32f4_dsp_stdperiph_lib.zip 里面就有（该文件可以在：http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/P
F257901 下载，文件名：STSW-STM32065），文件位于：STM32F4xx 固件库——STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0——Libraries——CMSIS——DSP_Lib，该文件夹下目录结构如下所示：

DSP_Lib 源码包的Source 文件夹是所有DSP 库的源码，Examples 文件夹是相对应的一些测试实例。这些测试实例都是带main 函数的，也就是拿到工程中可以直接使用。接下来我们一一讲解一下Source 源码文件夹下面的子文件夹包含的DSP 库的功能。
BasicMathFunctions
基本数学函数：提供浮点数的各种基本运算函数，如向量加减乘除等运算。
CommonTables
arm_common_tables.c 文件提供位翻转或相关参数表。
ComplexMathFunctions
复杂数学功能，如向量处理，求模运算的。
ControllerFunctions
控制功能函数。包括正弦余弦，PID 电机控制，矢量Clarke 变换，矢量Clarke 逆变换等。
FastMathFunctions
快速数学功能函数。提供了一种快速的近似正弦，余弦和平方根等相比CMSIS 计算库要快的数学函数。
FilteringFunctions
滤波函数功能，主要为FIR 和LMS（最小均方根）等滤波函数。
MatrixFunctions
矩阵处理函数。包括矩阵加法、矩阵初始化、矩阵反、矩阵乘法、矩阵规模、矩阵减法、矩阵转置等函数。
StatisticsFunctions
统计功能函数。如求平均值、最大值、最小值、计算均方根RMS、计算方差/标准差等。

SupportFunctions
支持功能函数，如数据拷贝，Q 格式和浮点格式相互转换，Q 任意格式相互转换。
TransformFunctions
变换功能。包括复数FFT（CFFT）/复数FFT 逆运算（CIFFT）、实数FFT（RFFT）/实数
FFT 逆运算（RIFFT）、和DCT（离散余弦变换）和配套的初始化函数。

所有这些DSP 库代码合在一起是比较多的，因此，ST 为我们提了.lib 格式的文件，方便使用。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，大家可以在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，我们所用的STM32F4 属于CortexM4F 内核，小端模式，应选择：arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4 小端模式)。

2.DSP 库运行环境搭建

在MDK 里面搭建STM32F4 的DSP 运行环境(使用.lib 方式)

（1）添加文件。首先，我们在例程工程目录下新建：DSP 文件夹，存放我们将要添加的文件：arm_cortexM4lf_math.lib 和相关头文件【STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0——Libraries——CMSIS——Include 这个Include 文件夹，里面包含了我们可能要用到的相关头文件】

lib文件，不参与编译，只参与链接定位，所以编译速度快，但是有点占空间。

 

（2）添加头文件包含路径。

（3）添加全局宏定义

最后，为了使用DSP 库的所有功能，我们还需要添加几个全局宏定义：
1，__FPU_USED（已经通过Target选项卡设置）
2，__FPU_PRESENT（默认卫1）
3，ARM_MATH_CM4
4，__CC_ARM
5，ARM_MATH_MATRIX_CHECK
6，ARM_MATH_ROUNDING

注意中间用英文逗号分开。其中ARM_MATH_MATRIX_CHECK是库函数的参数检查开关，这里添加后，就打开。ARM_MATH_ROUNDING这个是库函数在运算是是否开启四舍五入的功能，我这里添加，可以根据自己的需要进行配置。ARM_MATH_CM4这个就非常重要，必须要配置进去，否则在编译之后，会默认使用math.h的库函数，而不会用到硬件的FPU的。__CC_ARM是不同编译器的编译配置宏定义，__CC_ARM就是代表MDK开发环境。

 本人：USE_HAL_DRIVER（HAL库）

STM32F427xx

ARM_MATH_CM4

__FPU_USED=1U

__FPU_PRESENT=1U

__CC_ARM

ARM_MATH_MATRIX_CHECK

ARM_MATH_ROUNDING

 

我们用到的就是sin 和cos 函数，不过实现方式不同。MDK 的标准库（math.h）提供我们：sin、cos、sinf 和cosf 等4 个函数，带f 的表示单精度浮点型运算，即float 型，而不带f的表示双精度浮点型，即double。
STM32F4 的DSP 库，则提供我们另外两个函数：arm_sin_f32 和arm_cos_f32 （注意：需要添加：arm_math.h 头文件才可使用!!!），这两个函数也是单精度浮点型的，用法同sinf 和cosf一模一样。

正点原子还有FFT的例程，可以之后观看。

 

 

浮点库的函数用法和说明，可以看看 stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm 文件（也在官方的固件库中）。

 

基本配置就是这样。