【STM32H7的DSP教程】第21章 DSP矩阵运算-加法，减法和逆矩阵
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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。
目录
第21章 DSP矩阵运算-加法，减法和逆矩阵
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）
21.3.1 函数arm_mat_init_f32
21.3.2 函数arm_mat_init_q31
21.3.3 函数arm_mat_init_q15
21.3.4 使用举例
21.4 矩阵加法（MatAdd）
21.4.1 函数arm_mat_add_f32
21.4.2 函数arm_mat_add_q31
21.4.3 函数arm_mat_add_q15
21.4.4 用举例（含Matlab实现）
21.5 矩阵减法（MatSub）
21.5.1 函数arm_mat_sub_f32
21.5.2 函数arm_mat_sub_q31
21.5.3 函数arm_mat_sub_q15
21.5.4 使用举例（含Matlab实现）
21.6 逆矩阵（MatInverse）
21.6.1 函数arm_mat_inverse_f64
21.6.2 函数arm_mat_inverse_f32
21.6.3 使用举例（含Matlab实现）
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******************************************\r\n");
arm_mat_init_f32(&pSrcA, 3,3, pDataA);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataA[%d] = %f\r\n", i, pDataA[i]);
}
/****定点数Q31***********************************************************************/
printf("****浮点数******************************************\r\n");
arm_mat_init_q31(&pSrcA1, 3,3, pDataA1);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataA1[%d] = %d\r\n", i, pDataA1[i]);
}
/****定点数Q15***********************************************************************/
printf("****浮点数******************************************\r\n");
arm_mat_init_q15(&pSrcA2, 3,3, pDataA2);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataA2[%d] = %d\r\n", 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******************************************\r\n");
arm_mat_add_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", 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******************************************\r\n");
arm_mat_add_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", 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******************************************\r\n");
arm_mat_add_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", 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******************************************\r\n");
arm_mat_sub_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", 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******************************************\r\n");
arm_mat_sub_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", 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******************************************\r\n");
arm_mat_sub_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", 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\r\n", sta);
for(i = 0; i < 36; i++)
{
printf("pDataB[%d] = %f\r\n", 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。