教你如何在STM32中使用DSP指令
本文轉載自微信公眾號「知曉編程」，作者Firefly。轉載本文請聯系知曉編程公眾號。
01DSP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。
02IAR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)，用于處理浮點計算。
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準(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)函數并與標準數學函數進行比較：
- //#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寄存器可用于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。
設置斷點并記下sqrt函數的CCSTEP值：
在這種情況下，CMSIS-DSPsqrt功能比標準數學函數快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非常易于使用，并且顯著提高了性能。
