TMS320F28335 调用DSP函数库实现复数的FFT的方法

在数字信号处理中，FFT变换是经常使用到的，在DSP中自己编写的FFT变换函数通常会存在计算效率太慢的问题，有时需要调用DSP函数库自带的变换函数。但是，DSP在对FFT运算效率优化的同时，对于函数的调用方式也就有了比较多的要求，下面结合自己的调试经验做一下简单的介绍。

1、准备工作

DSP的数字信号处理的一系列函数都在C28x_FPU_Lib.lib库中，因此，首先需要在CCS的工程文件中连接此库：在工程设置中C2000 Linker——file search path中添加该库和路径。并在主程序中包含下面头文件：#include "FPU.h"。

2、结构体介绍

FFT函数的输入为一个结构体，该结构体的定义方式如下：

typedef struct 
{ float32 *InPtr; 
  float32 *OutPtr;
  float32 *CoefPtr; 
  float32 *CurrentInPtr;
  float32 *CurrentOutPtr; 
  Uint16 Stages; 
  Uint16 FFTSize; 
} CFFT_F32_STRUCT;

其中InPtr为输入数组指针，假设你的CFFT的采样点1024个点，那么你的输入数组为inputdata[2*FFTSize]，长度为2048是因为输入数据为复数，实部和虚部需要分开进行存储的，所以输入数组的长度为2*FFTSize.其中实部和虚部的存储方式为inputdata[0]存储你第一点的实部，inputdata[1]存储第一点的虚部，接着依次向下inputdata[2]存储第二个点的实部，inputdata[3]第二个点的虚部。

OutPtr为指向输出数组的指针，输出数组的大小也为2*FFTSize，存储方式同样的outputdata[0]。

CoefPtr,为指向转化因子数组的指针，长度为FFTSize，决定傅里叶转化因子的只有傅里叶变换的阶数。

CurrentInPtr也是指向输入数组的指针，但是该输入数组是用来计算幅值所用的。

CurrentOutPtr来指向幅值输出的数组。

stage为傅里叶变换的阶数。

        FFTSize为FFT变换的长度，也就是常说的多少点的FFT变换，其与阶数的关系为FFTSize=2^stage。
3、函数介绍

下面介绍一下各个函数的应用：
    第一个函数是： CFFT_f32_sincostable(&cfft) 

    其中cfft就是上述的一个结构体。这个函数的作用就是计算傅里叶变换的转化因子。转化因子由公式可知只与傅里叶变换的阶数有关，所以只要在结构体中对stage和FFTSize进行了赋值就可以计算转化因子了，而且转化因子是固定的，如果不需改变傅里叶变换的阶数，只需要计算一次就好了。

    第二个函数是： CFFT_f32(&cfft)

        这个函数就是做复数傅里叶变换的函数，需要注意的是该函数要求输入数组的数据格式对齐，即变量存储的起始地址为2*FFTsize*sizeof(float)，实现方式在下面3中定义。如果数据格式不对齐，则该函数的计算结果不定。

        第三个函数是： CFFT_f32u(&cfft)

       这个函数同样是做FFT变换的，但是其不要求输入数据的格式对齐，适用于输入数据格式比较乱时，但是同样相对与前一个函数来说，其计算效果会比较差。

        第四个函数为 ： CFFT_f32_mag(&cfft)

          这个函数是计算幅值的函数，主要作用就是计算*CurrentInPtr指向的复数数组中的复数的模值，将计算出来的模值保存在*CurrentOutPtr该成员指向的数组中，与其他成员无关。
    最后一个函数是： ICFFT_f32(&cfft)

    该函数计算FFT的逆变换。同样要求输入数组格式对齐。

4、 格式对齐的实现方式

    前面介绍的CFFT和ICFFT函数都要求输入的数组格式对齐，即变量存储的起始地址为2*FFTsize*sizeof(float)。例如256点的FFT变换，则变量的起始地址必须是1024的倍数。格式对齐的方式利用变量定义的方式进行。

        首先确定变量存储的区域，该代码与普通对存储空间分区的代码无区别，只是定义一个区域用来存储自己定义的变量： 

ZONE6C     : origin = 0x108000, length = 0x004000

然后在上面存储分区中定义变量存储的段，用来定义后续变量的具体位置，ALIGH的作用就是使该段的起始地址为2*FFTsize*sizeof(float)的倍数，但是其功能也仅仅如此，如果在该段中定义了多个变量，则不能保证每个变量的起始地址均为1024倍数。因此一般一个段只定义一个变量，可以在同一个区中定义出多个段，从而实现多个变量的定义。如下面例子中，在ZONE6C区中定义了四个段，每个段首地址均为1024的倍数。

ZONE6FFTinDATA            : > ZONE6C,    PAGE = 1     ALIGN(1024)      

ZONE6w_change_DATA        : > ZONE6C,    PAGE = 1     ALIGN(1024)    

ZONE6x_frequency_amp      : > ZONE6C,    PAGE = 1     ALIGN(1024) 

  ZONE6FFToutDATA           : > ZONE6C,    PAGE = 1     ALIGN(1024)

         然后定义变量所在的段，每个变量占了一个段：

#pragma DATA_SECTION(fft_data_1024,"ZONE6FFTinDATA");

#pragma DATA_SECTION(CFFToutBuff,"ZONE6FFToutDATA");

#pragma DATA_SECTION(x_frequency_amp_1024,"ZONE6x_frequency_amp");

#pragma DATA_SECTION(W_fft_change,"ZONE6w_change_DATA");

        最后定义变量类型和大小：

float32    fft_data_1024[512];             //定义FFT内部变换使用的复数数组

float32    CFFToutBuff[512];              //定义FFT处理复数结果数据

float32 W_fft_change[256];

float32 x_frequency_amp_1024[256];     //定义FFT处理幅值结果数据

       通过上面的定义的方式实现了对于变量格式对齐的定义。