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第21章 DSP矩阵运算-加法，减法和逆矩阵
本期教程主要讲解矩阵运算中的初始化，加法，逆矩阵和减法。
21.1 初学者重要提示
21.2 DSP基础运算指令
21.3 矩阵初始化（MatInit）
21.4 矩阵加法（MatAdd）
21.5 矩阵减法（MatSub）
21.6 逆矩阵（MatInverse）
21.7 实验例程说明（MDK）
21.8 实验例程说明（IAR）
21.9 总结
21.1 初学者重要提示
- 复数运算比较重要，后面FFT章节要用到，如果印象不深的话，需要温习下高数知识了。
- ARM提供的DSP库逆矩阵求法有局限性，通过Matlab验证是可以求逆矩阵的，而DSP库却不能正确求解。
21.2 DSP基础运算指令
本章用到的DSP指令在前面章节都已经讲解过。
21.3 矩阵初始化（MatInit）
主要用于矩阵结构体成员的初始化，浮点格式矩阵结构体定义如下：
typedef struct { uint16_t numRows; // 矩阵行数. uint16_t numCols; // 矩阵列数 float32_t *pData; // 矩阵地址 } arm_matrix_instance_f32
定点数Q31格式矩阵结构体定义如下：
typedef struct { uint16_t numRows; //矩阵行数 uint16_t numCols; //矩阵列数 q31_t *pData; //矩阵地址 } arm_matrix_instance_q31;
定点数Q15格式矩阵结构体定义如下：
typedef struct { uint16_t numRows; //矩阵行数 uint16_t numCols; //矩阵列数 q15_t *pData; //矩阵地址 } arm_matrix_instance_q15;
21.3.1 函数arm_mat_init_f32
函数原型：
void arm_mat_init_f32(
arm_matrix_instance_f32 * S,
uint16_t nRows,
uint16_t nColumns,
float32_t * pData)
函数描述：
这个函数用于浮点格式的矩阵数据初始化。
函数参数：
- 第1个参数是arm_matrix_instance_f32类型矩阵结构体指针变量。
- 第2个参数是矩阵行数。
- 第3个参数是矩阵列数。
- 第4个参数是矩阵数据地址。
21.3.2 函数arm_mat_init_q31
函数原型：
void arm_mat_init_f32(
arm_matrix_instance_f32 * S,
uint16_t nRows,
uint16_t nColumns,
float32_t * pData)
函数描述：
这个函数用于定点数Q31格式的矩阵数据初始化。
函数参数：
- 第1个参数是arm_matrix_instance_q31类型矩阵结构体指针变量。
- 第2个参数是矩阵行数。
- 第3个参数是矩阵列数。
- 第4个参数是矩阵数据地址。
21.3.3 函数arm_mat_init_q15
函数原型：
void arm_mat_init_f32(
arm_matrix_instance_f32 * S,
uint16_t nRows,
uint16_t nColumns,
float32_t * pData)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15格式的矩阵数据初始化。
函数参数：
- 第1个参数是arm_matrix_instance_q15类型矩阵结构体指针变量。
- 第2个参数是矩阵行数。
- 第3个参数是矩阵列数。
- 第4个参数是矩阵数据地址。
21.3.4 使用举例
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_MatInit * 功能说明: 矩阵数据初始化 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatInit(void) { uint8_t i; /****浮点数数组******************************************************************/ 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列数据 /****定点数Q31数组******************************************************************/ q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据 /****定点数Q15数组******************************************************************/ q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5}; arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据 /****浮点数***********************************************************************/ printf("****浮点数****************************************** "); arm_mat_init_f32(&pSrcA, 3,3, pDataA); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataA[%d] = %f ", i, pDataA[i]); } /****定点数Q31***********************************************************************/ printf("****浮点数****************************************** "); arm_mat_init_q31(&pSrcA1, 3,3, pDataA1); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataA1[%d] = %d ", i, pDataA1[i]); } /****定点数Q15***********************************************************************/ printf("****浮点数****************************************** "); arm_mat_init_q15(&pSrcA2, 3,3, pDataA2); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataA2[%d] = %d ", i, pDataA2[i]); } }
实验现象（按下K1按键后串口打印模平方）：
21.4 矩阵加法（MatAdd）
以3*3矩阵为例，矩阵加法的实现公式如下：
21.4.1 函数arm_mat_add_f32
函数原型：
arm_status arm_mat_add_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于浮点数的矩阵加法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A + 矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，否则没有办法使用加法运算。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
21.4.2 函数arm_mat_add_q31
函数原型：
arm_status arm_mat_add_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q31的矩阵加法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A + 矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 使用了饱和运算，输出结果范围[0x80000000 0x7FFFFFFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，否则没有办法使用加法运算。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
21.4.3 函数arm_mat_add_q15
函数原型：
arm_status arm_mat_add_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15的矩阵加法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A + 矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 使用了饱和运算，输出结果范围[0x8000 0x7FFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，否则没有办法使用加法运算。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到。
21.4.4 用举例（含Matlab实现）
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_MatAdd * 功能说明: 矩阵求和 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatAdd(void) { uint8_t i; /****浮点数数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据 arm_matrix_instance_f32 pDst; /****定点数Q31数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据 arm_matrix_instance_q31 pDst1; /****定点数Q15数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据 arm_matrix_instance_q15 pDst2; /****浮点数***********************************************************************/ 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("****浮点数****************************************** "); arm_mat_add_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst[%d] = %f ", i, pDataDst[i]); } /****定点数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("****定点数Q31****************************************** "); arm_mat_add_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst1[%d] = %d ", i, pDataDst1[i]); } /****定点数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("****定点数Q15****************************************** "); arm_mat_add_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst2[%d] = %d ", i, pDataDst2[i]); } }
实验现象（按下K2按键后串口打印矩阵加法）：
下面通过Matlab来求解矩阵和（在命令窗口输入）：
21.5 矩阵减法（MatSub）
以3*3矩阵为例，矩阵减法的实现公式如下：
21.5.1 函数arm_mat_sub_f32
函数原型：
arm_status arm_mat_sub_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于浮点数的矩阵减法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A减去矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，否则没有办法使用加法运算。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
21.5.2 函数arm_mat_sub_q31
函数原型：
arm_status arm_mat_sub_q31(
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q31 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q31的矩阵减法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A减去矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 使用了饱和运算，输出结果范围[0x80000000 0x7FFFFFFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，否则没有办法使用加法运算。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。
21.5.3 函数arm_mat_sub_q15
函数原型：
arm_status arm_mat_sub_q15(
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,
const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,
arm_matrix_instance_q15 * pDst)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15的矩阵减法。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵A的源地址。
- 第2个参数是矩阵B的源地址。
- 第3个参数是矩阵A减去矩阵B计算结果存储的地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。
注意事项：
- 使用了饱和运算，输出结果范围[0x8000 0x7FFF]。
- pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，否则没有办法使用加法运算。
- 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上。
21.5.4 使用举例（含Matlab实现）
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_MatSub * 功能说明: 矩阵减法 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatSub(void) { uint8_t i; /****浮点数数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据 arm_matrix_instance_f32 pDst; /****定点数Q31数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据 arm_matrix_instance_q31 pDst1; /****定点数Q15数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据 arm_matrix_instance_q15 pDst2; /****浮点数***********************************************************************/ 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("****浮点数****************************************** "); arm_mat_sub_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst[%d] = %f ", i, pDataDst[i]); } /****定点数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("****定点数Q31****************************************** "); arm_mat_sub_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst1[%d] = %d ", i, pDataDst1[i]); } /****定点数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("****定点数Q15****************************************** "); arm_mat_sub_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2); for(i = 0; i < 9; i++) { printf("pDataDst2[%d] = %d ", i, pDataDst2[i]); } }
实验现象（按下OK按键后串口打印矩阵减法）：
下面通过Matlab来求解矩阵减法（在命令窗口输入）。
21.6 逆矩阵（MatInverse）
以3*3矩阵为例，逆矩阵的实现公式如下（Gauss-Jordan法求逆矩阵）：
21.6.1 函数arm_mat_inverse_f64
函数原型：
arm_status arm_mat_inverse_f64(
const arm_matrix_instance_f64 * pSrc,
arm_matrix_instance_f64 * pDst)
函数描述：
这个函数用于64bit浮点数的逆矩阵求解。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵源地址。
- 第2个参数是求逆后的矩阵地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。ARM_MATH_SINGULAR表示矩阵不可逆。
注意事项：
- pSrc必须得是方阵（行数和列数相同）。
- pSrc和pDst必须是相同的方阵。
- 输入的矩阵可逆，函数会返回ARM_MATH_SUCCESS，如果不可逆，返回ARM_MATH_SINGULAR。
- ARM官方库只提供了浮点数矩阵求逆矩阵。
21.6.2 函数arm_mat_inverse_f32
函数原型：
arm_status arm_mat_inverse_f32(
const arm_matrix_instance_f32 * pSrc,
arm_matrix_instance_f32 * pDst)
函数描述：
这个函数用于32bit浮点数的逆矩阵求解。
函数参数：
- 第1个参数是矩阵源地址。
- 第2个参数是求逆后的矩阵地址。
- 返回值，ARM_MATH_SUCCESS表示成功，ARM_MATH_SIZE_MISMATCH表示矩阵大小不一致。ARM_MATH_SINGULAR表示矩阵不可逆。
注意事项：
- pSrc必须得是方阵（行数和列数相同）。
- pSrc和pDst必须是相同的方阵。
- 输入的矩阵可逆，函数会返回ARM_MATH_SUCCESS，如果不可逆，返回ARM_MATH_SINGULAR。
- ARM官方库只提供了浮点数矩阵求逆矩阵。
21.6.3 使用举例（含Matlab实现）
程序设计：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: DSP_MatInverse * 功能说明: 求逆矩阵 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void DSP_MatInverse(void) { uint8_t i; arm_status sta; /****浮点数数组******************************************************************/ 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列数据 arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //6行6列数据; /****浮点数***********************************************************************/ 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，表示求逆矩阵成功。 sta = ARM_MATH_SINGULAR, 即返回-5，表示求逆矩阵失败，也表示不可逆。 注意，ARM提供的DSP库逆矩阵求发有局限性，通过Matlab验证是可以求逆矩阵的，而DSP库却不能正确求解。 */ printf("----sta %d ", sta); for(i = 0; i < 36; i++) { printf("pDataB[%d] = %f ", i, pDataB[i]); } }
实验现象（按下K3按键后串口打印逆矩阵）：
下面我们通过Matlab来实现求逆矩阵（在命令窗口输入）：
21.7 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V7-216_DSP矩阵运算（加法，减法和逆矩阵）
实验目的：
- 学习DSP复数运算（加法，减法和逆矩阵）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatInit的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatAdd的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatInverse的输出数据。
- 按下摇杆OK键，串口打函数DSP_MatSub的输出数据。
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.4 ，4.4，5.4和6.3小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
RAM空间用的DTCM：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 配置MPU */ MPU_Config(); /* 使能L1 Cache */ CPU_CACHE_Enable(); /* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到400MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
MPU配置和Cache配置：
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: MPU_Config * 功能说明: 配置MPU * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void MPU_Config( void ) { MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; /* 禁止 MPU */ HAL_MPU_Disable(); /* 配置AXI SRAM的MPU属性为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扩展IO的MPU属性为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 数 名: CPU_CACHE_Enable * 功能说明: 使能L1 Cache * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void CPU_CACHE_Enable(void) { /* 使能 I-Cache */ SCB_EnableICache(); /* 使能 D-Cache */ SCB_EnableDCache(); }
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatInit的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatAdd的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatInverse的输出数据。
- 按下摇杆OK键，串口打函数DSP_MatSub的输出数据。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ 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); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* 按下按键K1，串口打函数DSP_MatInit的输出数据 */ DSP_MatInit(); break; case KEY_DOWN_K2: /* 按下按键K2，串口打函数DSP_MatAdd的输出数据 */ DSP_MatAdd(); break; case KEY_DOWN_K3: /* 按下按键K3，串口打函数DSP_MatInverse的输出数据 */ DSP_MatInverse(); break; case JOY_DOWN_OK: /* 按下摇杆OK键，串口打函数DSP_MatSub的输出数据 */ DSP_MatSub(); break; default: /* 其他的键值不处理 */ break; } } } }
21.8 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V7-216_DSP矩阵运算（加法，减法和逆矩阵）
实验目的：
- 学习DSP复数运算（加法，减法和逆矩阵）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatInit的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatAdd的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatInverse的输出数据。
- 按下摇杆OK键，串口打函数DSP_MatSub的输出数据。
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.4 ，4.4，5.4和6.3小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
RAM空间用的DTCM：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 配置MPU */ MPU_Config(); /* 使能L1 Cache */ CPU_CACHE_Enable(); /* STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟: - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。 - 设置NVIV优先级分组为4。 */ HAL_Init(); /* 配置系统时钟到400MHz - 切换使用HSE。 - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。 - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ }
MPU配置和Cache配置：
数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM），FMC的扩展IO区。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: MPU_Config * 功能说明: 配置MPU * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void MPU_Config( void ) { MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; /* 禁止 MPU */ HAL_MPU_Disable(); /* 配置AXI SRAM的MPU属性为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扩展IO的MPU属性为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 数 名: CPU_CACHE_Enable * 功能说明: 使能L1 Cache * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void CPU_CACHE_Enable(void) { /* 使能 I-Cache */ SCB_EnableICache(); /* 使能 D-Cache */ SCB_EnableDCache(); }
主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1，串口打函数DSP_MatInit的输出数据。
- 按下按键K2，串口打函数DSP_MatAdd的输出数据。
- 按下按键K3，串口打函数DSP_MatInverse的输出数据。
- 按下摇杆OK键，串口打函数DSP_MatSub的输出数据。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参: 无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ 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); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */ /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2); } ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* 按下按键K1，串口打函数DSP_MatInit的输出数据 */ DSP_MatInit(); break; case KEY_DOWN_K2: /* 按下按键K2，串口打函数DSP_MatAdd的输出数据 */ DSP_MatAdd(); break; case KEY_DOWN_K3: /* 按下按键K3，串口打函数DSP_MatInverse的输出数据 */ DSP_MatInverse(); break; case JOY_DOWN_OK: /* 按下摇杆OK键，串口打函数DSP_MatSub的输出数据 */ DSP_MatSub(); break; default: /* 其他的键值不处理 */ break; } } } }
21.9 总结
本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究下算法的具体实现。