STM32 DSP库函数详解

对于每个函数，都存在浮点数和定点数的类型，由于使用方法是一致的，这里我们仅以32为浮点数为例来说明。

一.BasicMathFunctions

1.绝对值

pDst[n] = abs(pSrc[n]), 0 <= n < blockSize

示例

float32_t *pSrc;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_add_f32(pSrc,pDst,blocksize);

2.求和

pDst[n] = pSrcA[n] + pSrcB[n],      0 <= n < blockSize.
示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_add_f32(pSrcA,pSrcB,pDst,blocksize);

3.点乘

sum = pSrcA[0]*pSrcB[0] + pSrcA[1]*pSrcB[1] + ... + pSrcA[blockSize-1]*pSrcB[blockSize-1]
示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *result;
uint32_t blocksize;
arm_dot_prod_f32(pSrcA,pSrcB,blocksize,result);

4.乘法

sum = pSrcA[0]*pSrcB[0] + pSrcA[1]*pSrcB[1] + ... + pSrcA[blockSize-1]*pSrcB[blockSize-1]
示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_mult_f32(pSrcA,pSrcB,blocksize,pDst);

5.相反数

pDst[n] = -pSrc[n],      0 <= n < blockSize.   
示例

float32_t *pSrc;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_mult_f32(pSrcA,pDst,blocksize);

6.偏移

pDst[n] = pSrc[n] + offset,      0 <= n < blockSize.  
示例

float32_t *pSrc;
float32_t offset;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_offset_f32(pSrc,offset,pDst,blocksize);

7.减法

pDst[n] = pSrcA[n] - pSrcB[n],   0 <= n < blockSize.    

示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_sub_f32(pSrcA,pSrcB,pDst,blocksize);

8.比例因子

pDst[n] = pSrc[n] * scale,      0 <= n < blockSize.   

示例

float32_t *pSrc;
float32_t scale;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_scale_f32(pSrc,scale,pDst,blocksize);

二.FastMathFunctions

这一块的函数就是日常使用的一些math.h的函数，不多加赘述

float32_t    arm_cos_f32(float32_t x) ；

float32_t arm_sin_f32(float32_t x) ；

arm_status arm_sqrt_q31(q31_t in, q31_t * pOut)；

三.StatisticsMathFunctions

这一块主要是一些在统计数据分析处理过程中经常会使用到的函数。

1.最大值

计算数组中的最大值，并返回数组中最大值和最大值在数组中的位置。

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
uint32_t pIndex;
arm_max_f32(pSrc,blocksize,&pResult,&pIndex);

2.最小值

计算数组中的最小值，并返回数组中最大值和最大值在数组中的位置。与上述用法类似，不加赘述。

arm_min_f32(pSrc,blocksize,&pResult,&pIndex);

3.平均值

Result = (pSrc[0] + pSrc[1] + pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1]) / blockSize; 

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_mean_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

4.功率

Result = pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + pSrc[2] * pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1]; 

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_power_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

5.标准差

Result = sqrt((sumOfSquares - sum2 / blockSize) / (blockSize - 1)) 
其中： 
sumOfSquares = pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1] 
sum = pSrc[0] + pSrc[1] + pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1]   

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_std_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

6.均方根

Result = sqrt(((pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1]) / blockSize));

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_rms_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

7.方差

同上类似

arm_var_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

四.SupportFunctions

支持函数主要包括数据拷贝，赋值和类型转化。类型转化一般不需要在DSP中进行，故此处略去。

1.数据拷贝

pDst[n] = pSrc[n];      0 <= n < blockSize.

void arm_copy_f32(float32_t * pSrc, float32_t * pDst, uint32_t blockSize) 

2.数据填充

pDst[n] = value;      0 <= n < blockSize.

void arm_fill_f32(float32_t value, float32_t * pDst, uint32_t blockSize) 

五.ContrillerFunctions

这里主要介绍的是PID控制的函数部分。

PID控制器又叫比例积分微分控制器，是目前应用最广泛的控制器。对PID的参数整定方法网上有很多，我认为首先理解PID参数的意义更为重要，这里贴一个链接，https://www.zhihu.com/question/23088613/answer/81176620。

y[n] = y[n-1] + A0 * x[n] + A1 * x[n-1] + A2 * x[n-2]
A0 = Kp + Ki + Kd
A1 = (-Kp ) - (2 * Kd )
A2 = Kd
函数定义如下

static __INLINE float32_t arm_pid_f32(arm_pid_instance_f32 * S, float32_t in) 

第一个参数为PID 结构体，第二个参数为采样时间，单位为ms。

typedef struct
{
float32_t A0; /**< The derived gain, A0 = Kp + Ki + Kd . */
float32_t A1; /**< The derived gain, A1 = -Kp - 2Kd. */
float32_t A2; /**< The derived gain, A2 = Kd . */
float32_t state[3]; /**< The state array of length 3. */
float32_t Kp; /**< The proportional gain. */
float32_t Ki; /**< The integral gain. */
float32_t Kd; /**< The derivative gain. */
} arm_pid_instance_f32;

初始化函数

void arm_pid_init_f32(arm_pid_instance_f32 * S, int32_t resetStateFlag)
该函数是通过用户配置了Kp,Ki,Kd后，通过该函数获得A0，A1，A2。第二个参数是初始化标志位，设1即为初始化。

复位函数

void arm_pid_reset_f32(arm_pid_instance_f32 * S) 

复位所有变量为0