嵌入式开发：磁通门传感器开发（6）：在STM32上实现FFT需要的空间资源

在 STM32 上使用 CMSIS-DSP 库进行 FFT 计算时，我们这里进行的是 128 点的实数 FFT（使用 arm_rfft_fast_f32），每个点用一个 float 表示（占 4 字节），那么我们可以从以下几个方面来估算所需要的空间资源：

空间资源计算

1. 原始采样数据：
   128 个 float 数据占据的空间：128 * 4 = 512

2. FFT 输出数据：
   对于实数 FFT，输出通常也会用 128 个 float 存储（例如，DC、Nyquist 以及一对一对的频谱分量），也需要 512 字节。
   如果你使用就地算法，输入和输出可以共用同一块缓冲区；如果采用双缓冲，则需要独立的输入和输出区域。

3. 临时中间缓冲区（Scratch Buffer）：
   根据 CMSIS-DSP 库的实现，有时内部运算可能需要一个临时缓冲区。对于 arm_rfft_fast_f32，一般需要的中间缓冲区大小与 FFT 点数相同，也就是 128 个 float（512 字节）。
   临时中间缓冲区不一定必须是局部变量，这取决于它的大小以及程序的设计需求。

• 局部变量：如果中间缓冲区的大小较小，并且只在某个函数内部使用，可以将其定义为局部变量（通常分配在栈上）。这种方式简单直接，但要注意栈空间有限，尤其在嵌入式系统中，较大的数组可能会导致栈溢出。
• 全局变量或静态变量：如果中间缓冲区比较大，或者需要在多个函数中共享，可能会选择将其定义为全局变量或静态变量，这样可以避免栈空间不足的问题，此时需要注意SRMA空间够用。
• 动态分配：另外，还可以使用动态内存分配（如 malloc/free）来创建缓冲区，这样可以根据需要在堆上分配内存，使用完毕后释放。但在嵌入式系统中，动态内存分配可能引入碎片化或其他问题，因此需要谨慎使用。
  总结来说，临时中间缓冲区可以作为局部变量（如果内存占用较小），也可以采用其他内存分配策略，这取决于我们对内存资源、缓冲区大小以及数据生命周期的需求。
  不过，这部分内存可以由你来决定：
  • 如果库实现为就地算法，可能不需要额外的缓冲区；
  • 如果是非就地处理，则可能需要为缓冲区分配 512 字节。

4. FFT 实例结构体：
   例如 arm_rfft_fast_instance_f32 结构体中会保存 FFT 的参数、指向预计算旋转因子（twiddle factors）和位反转表的指针等。这些数据通常在库中是静态或预先分配的，占用的内存很少（几十字节），可以忽略不计。

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综合考虑

• 最小情况（就地 FFT）：
  如果输入数据可以就地转换为输出数据，并且库内部不需要额外的中间缓冲区，你至少需要 512 字节来存储 128 个 float 数据。

• 较常见情况（非就地 FFT或需要独立输入和输出）：

  • 输入数据：512 字节
  • 输出数据：512 字节
    总计：1024 字节

• 如果还需要额外的临时缓冲区：
  再加 512 字节，中间可能需要 1024 + 512 = 1536 字节左右的 RAM。

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结论

实际需要的 RAM 大小取决于我们如何组织内存以及所使用的 FFT 算法实现方式。对于 128 点 FFT，每个点 4 字节，原始数据占 512 字节；如果采用双缓冲（输入和输出分开），就需要大约 1024 字节；再加上可能的中间缓冲区，总内存需求可能在 1 KB 到 1.5 KB 之间。