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第16章       DSP功能函数-数据拷贝，数据填充和浮点转定点

本期教程主要讲解功能函数中的数据拷贝，数据填充和浮点数转换为定点数。

目录

第16章       DSP功能函数-数据拷贝，数据填充和浮点转定点

16.1 初学者重要提示

16.2 DSP基础运算指令

16.3 数据拷贝（copy）

16.3.1 函数arm_copy_f32

16.3.2 函数arm_copy_q31

16.3.3 函数arm_copy_q15

16.3.4 函数arm_copy_q7

16.3.5 使用举例

16.4 数据填充（Fill）

16.4.1 函数arm_fill_f32

16.4.2 函数arm_fill_q31

16.4.3 函数arm_fill_q15

16.4.4 函数arm_fill_q7

16.4.5 使用举例

16.5 浮点数转定点数（Float to Fix）

16.5.1 函数arm_float_to_q31

16.5.2 函数arm_float_to_q15

16.5.3 函数arm_float_to_q7

16.5.4 使用举例

16.6 实验例程说明（MDK）

16.7 实验例程说明（IAR）

16.8 总结

---

 

16.1 初学者重要提示

1.   浮点数的四舍五入处理：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95149 。


2.   C库的浮点数四舍五入函数round，roundf，round使用说明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95156 。

16.2 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。

16.3 数据拷贝（copy）

这部分函数用于数据拷贝，公式描述如下：

pDst[n] = pSrc[n];   0 <= n

16.3.1 函数arm_copy_f32

函数原型：

void arm_copy_f32(

    const float32_t * pSrc,

    float32_t * pDst,

    uint32_t blockSize)

函数描述：

这个函数用于32位浮点数的复制。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是目的数据地址。


•   第3个参数是复制的个数。

16.3.2 函数arm_copy_q31

函数原型：

void arm_copy_q31(

  const q31_t * pSrc,

        q31_t * pDst,

        uint32_t blockSize)

函数描述：

这个函数用于32位定点数的复制。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是目的数据地址。


•   第3个参数是复制的个数。

16.3.3 函数arm_copy_q15

函数原型：

void arm_copy_q15(

  const q15_t * pSrc,

        q15_t * pDst,

        uint32_t blockSize)

函数描述：

这个函数用于16位定点数的复制。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是目的数据地址。


•   第3个参数是复制的个数。

16.3.4 函数arm_copy_q7

函数原型：

void arm_copy_q7(

  const q7_t * pSrc,

        q7_t * pDst,

        uint32_t blockSize)

函数描述：

这个函数用于8位定点数的复制。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是目的数据地址。


•   第3个参数是复制的个数。

16.3.5 使用举例

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_Copy
* 功能说明: 数据拷贝
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Copy(void)
{
float32_t pSrc[10] = {0.6557, 0.0357, 0.8491, 0.9340, 0.6787, 0.7577, 0.7431, 0.3922, 0.6555, 0.1712};
float32_t pDst[10];
uint32_t pIndex;

q31_t pSrc1[10];
q31_t pDst1[10];

q15_t pSrc2[10];
q15_t pDst2[10];

q7_t pSrc3[10];
q7_t pDst3[10];

for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("pSrc[%d] = %f\r\n", pIndex, pSrc[pIndex]);
}
arm_copy_f32(pSrc, pDst, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_copy_f32: pDst[%d] = %f\r\n", pIndex, pDst[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
pSrc1[pIndex] = rand();
printf("pSrc1[%d] = %d\r\n", pIndex, pSrc1[pIndex]);
}
arm_copy_q31(pSrc1, pDst1, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_copy_q31: pDst1[%d] = %d\r\n", pIndex, pDst1[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
pSrc2[pIndex] = rand()%32768;
printf("pSrc2[%d] = %d\r\n", pIndex, pSrc2[pIndex]);
}
arm_copy_q15(pSrc2, pDst2, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_copy_q15: pDst2[%d] = %d\r\n", pIndex, pDst2[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
pSrc3[pIndex] = rand()%128;
printf("pSrc3[%d] = %d\r\n", pIndex, pSrc3[pIndex]);
}
arm_copy_q7(pSrc3, pDst3, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_copy_q7: pDst3[%d] = %d\r\n", pIndex, pDst3[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
printf("******************************************************************\r\n");
}

实验现象（部分截图）：

16.5 浮点数转定点数（Float to Fix）

浮点数转Q31公式描述：

pDst[n] = (q31_t)(pSrc[n] * 2147483648);   0 <= n

浮点数转Q15公式描述：

pDst[n] = (q15_t)(pSrc[n] * 32768);   0 <= n

浮点数转Q7公式描述：

pDst[n] = (q7_t)(pSrc[n] * 128);   0 <= n

16.5.1 函数arm_float_to_q31

函数原型：

void arm_float_to_q31(

  const float32_t * pSrc,

  q31_t * pDst,

  uint32_t blockSize)

函数描述：

这个函数用于将浮点数转换为32位定点数。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是转换后的数据地址。


•   第3个参数是转换的次数。

注意事项：

•   这个函数使用了饱和运算。


•   输出结果的范围是[0x80000000 0x7FFFFFFF]。

16.5.2 函数arm_float_to_q15

函数原型：

void arm_var_q31(

  const q31_t * pSrc,

        uint32_t blockSize,

        q31_t * pResult)

函数描述：

这个函数用于将浮点数转换为16位定点数。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是转换后的数据地址。


•   第3个参数是转换的次数。

注意事项：

•   这个函数使用了饱和运算。


•   输出结果的范围是[0x8000 0x7FFF]。

16.5.3 函数arm_float_to_q7

函数原型：

void arm_float_to_q7(

  const float32_t * pSrc,

  q7_t * pDst,

  uint32_t blockSize)

函数描述：

这个函数用于将浮点数转换为8位定点数。

函数参数：

•   第1个参数源数据地址。


•   第2个参数是转换后的数据地址。


•   第3个参数是转换的次数。

注意事项：

•   这个函数使用了饱和运算。


•   输出结果的范围是[0x80 0x7F]。

16.5.4 使用举例

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_FloatToFix
* 功能说明: 浮点数转定点数
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_FloatToFix(void)
{
float32_t pSrc[10] = {0.6557, 0.0357, 0.8491, 0.9340, 0.6787, 0.7577, 0.7431, 0.3922, 0.6555,
0.1712};
uint32_t pIndex;
q31_t pDst1[10];
q15_t pDst2[10];
q7_t pDst3[10];

for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("pSrc[%d] = %f\r\n", pIndex, pSrc[pIndex]);
}

/*****************************************************************/
arm_float_to_q31(pSrc, pDst1, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_float_to_q31: pDst[%d] = %d\r\n", pIndex, pDst1[pIndex]);
}

/*****************************************************************/
arm_float_to_q15(pSrc, pDst2, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_float_to_q15: pDst1[%d] = %d\r\n", pIndex, pDst2[pIndex]);
}

/*****************************************************************/
arm_float_to_q7(pSrc, pDst3, 10);
for(pIndex = 0; pIndex <10; pIndex++)
{
printf("arm_float_to_q7: pDst2[%d] = %d\r\n", pIndex, pDst3[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
printf("******************************************************************\r\n");
}

实验现象：

16.6 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V7-211_DSP功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）

实验目的：

1. 学习功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）

实验内容：

1. 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。


2. 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果。


3. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果。


4. 按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果。

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3.5  4.5，5.4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, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果


•   按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果


•   按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果

/*
*********************************************************************************************************
* 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: /* K1键按下，数据复制 */
DSP_Copy();
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，数据填充 */
DSP_Fill();
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，浮点转定点 */
DSP_FloatToFix();
break;
default:
/* 其他的键值不处理 */
break;
}
}
}
}

16.7 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V7-211_DSP功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）

实验目的：

1. 学习功能函数（数据拷贝，数据填充和浮点转定点）

实验内容：

1. 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。


2. 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果。


3. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果。


4. 按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果。

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3.5  4.5，5.4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, 串口打印函数DSP_Copy的输出结果


•   按下按键K2, 串口打印函数DSP_Fill的输出结果


•   按下按键K3, 串口打印函数DSP_FloatToFix的输出结果

/*
*********************************************************************************************************
* 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: /* K1键按下，数据复制 */
DSP_Copy();
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，数据填充 */
DSP_Fill();
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，浮点转定点 */
DSP_FloatToFix();
break;
default:
/* 其他的键值不处理 */
break;
}
}
}
}

16.8 总结

本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究这些函数源码的实现。