《M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版》第五十章 DSP BasicMath实验

正点原子运营

第五十章 DSP BasicMath实验

1）实验平台：正点原子 M144Z-M3 STM32F103最小系统板

2) 章节摘自【正点原子】M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?&id=609293737870

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boar ... _mini_sysboard.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子STM32技术交流QQ群:725095144

本章介绍使用DSP库进行基本的数学运算。通过本章的学习，读者将学习到如何使用DSP库进行数学运算。

本章分为如下几个小节：

50.1 硬件设计

50.2 程序设计

50.3 下载验证

50.1 硬件设计

50.1.1 例程功能

1. 分别在使用和不使用DSP库的情况下进行正弦余弦计算，并分别在LCD上显示计算耗时

2. LED0闪烁，提示程序正在运行

50.1.2 硬件资源

1. LED

       LED0 - PB5

2. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块

50.1.3原理图

本章实验使用的DSP库为软件库，因此没有对应的连接原理图。

50.2 程序设计

50.2.1 DPS库的使用

本章实验使用STM32CubeF1软件包中提供的DSP库，将其添加到工程文件夹后，如下图所示：                           

图50.2.1.1 DSP库

DSP中就提供了大量用于数学运算的函数，例如：正弦、余弦的计算等。使用DSP库能加快各种算法的实现。

DSP库的使用方法也很简单，仅需将DSP库文件添加到工程中，并包含相应的头文件，就能调用DSP库中的函数了，具体请见本章实验的配套实验例程。

50.2.2 实验应用代码

本章实验的应用代码，如下所示：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     float time;
   
4.     char buf[50];
   
5.    
   
6.    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
   
7.    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 配置时钟，72MHz */
   
8.    delay_init(72);                         /* 初始化延时 */
   
9.    usart_init(115200);                     /* 初始化串口 */
   
10.    led_init();                             /* 初始化LED */
    
11.    lcd_init();                             /* 初始化LCD */
    
12.    btim_timx_int_init(0xFFFF, 7200 - 1);   /* 初始化基本定时器 */
    
13.    
    
14.    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    
15.    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "DSPBasicMath TEST", RED);
    
16.    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
17.    
    
18.    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "No DSPruntime:", RED);
    
19.    lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Use DSPruntime:", RED);
    
20.    
    
21.     while (1)
    
22.     {
    
23.          /* 不使用DSP库 */
    
24.          __HAL_TIM_SET_COUNTER(&g_timx_handle, 0);
    
25.          g_timeout = 0;
    
26.          if (sin_cos_test(PI / 6, 10000, 0) == 0)
    
27.          {
    
28.              time = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&g_timx_handle) +
    
29.                      (uint32_t)g_timeout * 0x10000;
    
30.              sprintf(buf, "%0.1fms\r\n", time / 10);
    
31.              lcd_show_string(150, 110, 200, 16, 16, buf, BLUE);
    
32.          }
    
33.          else
    
34.          {
    
35.              lcd_show_string(150, 110, 200, 16, 16, "Error", BLUE);
    
36.          }
    
37.          
    
38.          /* 使用DSP库 */
    
39.          __HAL_TIM_SET_COUNTER(&g_timx_handle, 0);
    
40.          g_timeout = 0;
    
41.          if (sin_cos_test(PI / 6, 10000, 1) == 0)
    
42.          {
    
43.              time = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&g_timx_handle) +
    
44.                      (uint32_t)g_timeout * 0x10000;
    
45.              sprintf(buf, "%0.1fms\r\n", time / 10);
    
46.              lcd_show_string(158, 130, 200, 16, 16, buf, BLUE);
    
47.          }
    
48.          else
    
49.          {
    
50.              lcd_show_string(158, 130, 200, 16, 16, "Error", BLUE);
    
51.          }
    
52.          
    
53.          LED0_TOGGLE();
    
54.     }
    
55. }

复制代码

从上面的代码中可以看出，分别调用了两次函数sin_cos_test()在使用DSP库和不使用DSP的情况下分别进行10000次进行正弦和余弦的计算测试，并使用定时器统计两者的计算耗时，最终在LCD上显示两个的计算耗时情况。

函数sin_cos_test()如下所示：

1. /* 定义误差值 */
   
2. #define DELTA 0.0001f
   
3. 
   
4. /**
   
5. *@brief   正弦余弦测试
   
6. *@param   angle: 起始角度
   
7. *@param   times: 运算次数
   
8. *@param   mode: 是否使用DSP库
   
9. *@arg     0: 不使用DSP库
   
10. *@arg     1: 使用DSP库
    
11. *@retval  计算结果
    
12. *@arg     0: 计算无误
    
13. *@arg     1: 计算错误
    
14. */
    
15. uint8_t sin_cos_test(float angle, uint32_t times, uint8_t mode)
    
16. {
    
17.     float sinx;
    
18.     float cosx;
    
19.     float result;
    
20.     uint32_t i = 0;
    
21.    
    
22.     if (mode == 0)
    
23.     {
    
24.          /* 不使用DSP库计算正弦余弦 */
    
25.          for (i=0; i<times; i++)
    
26.          {
    
27.              cosx = cosf(angle);
    
28.              sinx = sinf(angle);
    
29.              result = sinx * sinx + cosx * cosx;
    
30.              result = fabsf(result - 1.0f);
    
31.             
    
32.              if (result > DELTA)
    
33.              {
    
34.                  return 0xFF;
    
35.              }
    
36.             
    
37.              angle += 0.001f;
    
38.          }
    
39.     }
    
40.     else
    
41.     {
    
42.          /* 使用DSP库计算正弦余弦 */
    
43.          for (i=0; i<times; i++)
    
44.          {
    
45.              cosx = arm_cos_f32(angle);
    
46.              sinx = arm_sin_f32(angle);
    
47.              result = sinx * sinx + cosx * cosx;
    
48.              result = fabsf(result - 1.0f);
    
49.             
    
50.              if (result > DELTA)
    
51.              {
    
52.                  return 0xFF;
    
53.              }
    
54.             
    
55.              angle += 0.001f;
    
56.          }
    
57.     }
    
58.    
    
59.     return 0;
    
60. }

复制代码

从上面的代码中可以看出，使用DSP库计算正弦、余弦时，使用了DPS库中的函数arm_cos_f32()和函数arm_sin_f32()，不使用DSP库正弦、余弦时，使用了C标准库中的函数consf()和函数sinf()。

50.3 下载验证

在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上分别显示了不使用DSP库和使用DSP库的运算耗时时间，从两者的耗时时间中，能看出使用DSP库进行数学运算有明显的速度优势。