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。

        FFTSizeFFT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stageFFTSize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。

        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值,将计算出来的值保存在*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CFFTICFFT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。

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