CubeMX生成的STM32F4xx MDK工程FPU和DSP库的使用

CubeMX生成的STM32F4xx MDK工程FPU和DSP库的使用

STM32F4xx属于Cortex M4F架构，带有32位的单精度硬件FPU(Float Point Unit)，支持浮点指令集，相对比M0和M3架构，浮点运算性能高出数十倍甚至上百倍。FPU和DSP库的使用网上已经有了好多教程，但好多都是基于正点原子代码操作的，在CubeMX生成的工程中如何使用如何使用上述两种功能，并没有针对性的提及。

一、启动硬件FPU

1、启用FPU简介

此处关键在于对两个重要的全局宏定义进行操作：将 _FPU_PRESENT 和 _FPU_USED 都置1，其中宏定义标识符_FPU_PRESENT用来确认处理是否带有FPU功能，标识符_FPU_USED用来确定是否开启FPU功能。实际上，因为STM32F4是带有FPU功能的，所以在stm32f4xxxx.h头文件中，默认定义_FPU_PRESENT为1。

正常按照条件编译，_FPU_USED，应该被置1，但在core_cm4.h中条件编译会并没有将 _FPU_USED 置1，同时还会报错。

根据条件编译的原理，应该是编译器没有检测到_FPU_PRESENT被定义，于是我将定义_FPU_PRESENT的文件 包含进来，可以看到条件编译已经把 _FPU_USED 置1了

但编译时，不清楚具体的原因会大量报错。下面我就正式讲解一下我解决这个问题的方法。（进入正题）

2、启用FUP方法

①.首先在Option for Target → Target → Coda Generation中启用FPU。

②.在Option for Target → C/C++ → Define中添加四个宏定义（后三个是用在DSP调用过程中的，此处一并添加了）,并将stm32f4xxxx.h头文件中，默认的定义_FPU_PRESENT注释掉。否则__FPU_PRESENT会重复定义。

__FPU_PRESENT=1,__TARGET_FPU_VFP,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM

③.编译，到此单片机的硬件FPU便被启用。

二、DSP库的使用

1、DSP库初识

STM32F4的Cortex-M4内核不仅内置硬件FPU单元，还支持DSP多种指令集，比如支持单周期乘加指令（MAC）、优化的单指令多数据指令（SIMD）等。因此Cortex-M4执行所有的DSP指令集都可以在单周期内完成，而Cortex-M3和M0需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能。比如开方运算，M3和M0只能通过迭代法（标准数学函数库）计算，而M4F直接调用VSQRT指令完成。

①.DSP库的获取：官网下载，并解压；但使用CubeMX生成MDK工程时，选择添加全部文件，则在生成的工程文件中已将带有DSP的相关文件和库了，不需单独下载。

DSP库路径如下：

DSP相关文件、例程路径如下：

②.DSP库介绍

DSP库主要包含以下几个分库：

• BasicMathFunctions – 基本数学函数：提供浮点数的各种基本运算函数，如向量加减乘除等运算。
• ommonTables –arm_common_tables.c文件提供位翻转或相关参数表。
• ComplexMathFunctions –复杂数学功能，如向量处理，求模运算的。
• ControllerFunctions –控制功能函数。包括正弦余弦，PID电机控制，矢量Clarke变换，矢量Clarke逆变换等。
• astMathFunctions –快速数学功能函数。提供了一种快速的近似正弦，余弦和平方根等相比CMSIS计算库要快的数学函数。
• ilteringFunctions –滤波函数功能，主要为FIR和LMS（最小均方根）等滤波函数。
• MatrixFunctions –矩阵处理函数。包括矩阵加法、矩阵初始化、矩阵反、矩阵乘法、矩阵规模、矩阵减法、矩阵转置等函数。
• StatisticsFunctions –统计功能函数。如求平均值、最大值、最小值、计算均方根RMS、计算方差/标准差等。
• SupportFunctions –支持功能函数，如数据拷贝，Q格式和浮点格式相互转换，Q任意格式相互转换。
• TransformFunctions –变换功能。包括复数FFT（CFFT）/复数FFT逆运算（CIFFT）、实数FFT（RFFT）/实数FFT逆运算（RIFFT）、和DCT（离散余弦变换）和配套的初始化函数。

2、DSP库的添加

①.在工程中选中DSP库，并添加。 ST提供了.lib格式的文件，方便使用这些库。这些.lib文件就是由Source文件夹下的源码编译生成的，如果想看某个函数的源码，可以在：工程文件夹 → Drivers → CMSIS → DSP → Source文件夹下面查找。

.lib格式文件路径：工程文件夹 → Drivers → CMSIS → Lib。共有四个文件，其中：

arm_cortexM4bf_math.lib(浮点Cortex-M4大端模式)

arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)

STM32F4的内核CortexM4F采用小端模式，所以选择：arm_cortexM4lf_math.lib(浮点Cortex-M4小端模式)。

②.添加头文件：路径：工程文件夹 → Drivers → CMSIS → DSP → Include

③.编译，DSP库环境搭建成功，可以调用相关函数进行数字信号处理。