第17章ARM官方DSP库的ComplexMathFunctions的使用教程(一)

SES如何使用数学库arm_math让程序起飞？来源：技术让梦想更伟大作者：李肖遥最近在使用Nordic的52832开发，这也属于ARM Cortex M4架构，芯片具体不介绍了，主要是M4与M0、M3的最大不同就是具有FPU（浮点运算单元），这也正是我所需要的。

因为项目中有相关算法，涉及到卡尔曼滤波等等，需要支持浮点指令集，因此速度很重要。

使用了CMSIS DSP软件库的数学库arm_math后，在处理数学运算时能比M0/M3高出数十倍甚至上百倍的性能。

CMSIS DSP软件库是什么CMSIS DSP软件库是一套用于基于Cortex-M和Cortex-A处理器的设备的常用信号处理功能。

该库涵盖以下类别的功能：•基本的数学功能•快速的数学功能•复杂的数学函数•过滤功能•矩阵函数•转换功能•电机控制功能•统计功能•支持功能•插值功能•支持向量机功能（SVM）•贝叶斯分类器功能•距离功能该库通常具有单独的函数，用于对8位整数、16位整数、32位整数和32位浮点值进行运算。

库的使用介绍库安装程序在Lib文件夹中包含库的预构建版本，以下是预构建库的列表：•arm_cortexM7lfdp_math.lib（Cortex-M7，小端，双精度浮点单元）•arm_cortexM7bfdp_math.lib（Cortex-M7，大字节序，双精度浮点单元）•arm_cortexM7lfsp_math.lib（Cortex-M7，小端，单精度浮点单元）•arm_cortexM7bfsp_math.lib（Cortex-M7，大字节序和单精度浮点单元打开）•arm_cortexM7l_math.lib（Cortex-M7，小端）•arm_cortexM7b_math.lib（Cortex-M7，大端）•arm_cortexM4lf_math.lib（Cortex-M4，小端，浮点单元）•arm_cortexM4bf_math.lib（Cortex-M4，大端，浮点单元）•arm_cortexM4l_math.lib（Cortex-M4，小端）•arm_cortexM4b_math.lib（Cortex-M4，大端）•arm_cortexM3l_math.lib（Cortex-M3，小端）•arm_cortexM3b_math.lib（Cortex-M3，大端）•arm_cortexM0l_math.lib（Cortex-M0 / Cortex-M0 ，小端）•arm_cortexM0b_math.lib（Cortex-M0 / Cortex-M0 ，大端）•arm_ARMv8MBLl_math.lib（Armv8-M基线，小端）•arm_ARMv8MMLl_math.lib（Armv8-M主线，小端）•arm_ARMv8MMLlfsp_math.lib（Armv8-M主线，小字节序，单精度浮点单元）•arm_ARMv8MMLld_math.lib（Armv8-M主线，小端，DSP 指令）•arm_ARMv8MMLldfsp_math.lib（Armv8-M主线，小字节序，DSP指令，单精度浮点单元）库函数在位于Include文件夹中的公共文件arm_math.h中声明，只需包括此文件并在应用程序中链接适当的库，然后开始调用库函数就可以使用了。

安富莱 DSP 教程UM403 STM32-V5 开发板系统篇手册第22章 math_help 中函数的使用本期教程主要讲解 math_help 文件中函数的使用， 这个文件也是 ARM 官方提供的， 这些函数相对都 比较容易，同时使用频率也很高。

希望初学的同学学习并掌握。

21.1 函数讲解 21.3 总结22.1 函数讲解 22.1.1 函数目录在文件 math_help 文件中主要有以下函数：float arm_snr_f32(float *pRef, float *pTest, uint32_t buffSize); void arm_float_to_q12_20(float *pIn, q31_t * pOut, uint32_t numSamples); void arm_provide_guard_bits_q15(q15_t *input_buf, uint32_t blockSize, uint32_t guard_bits); void arm_provide_guard_bits_q31(q31_t *input_buf, uint32_t blockSize, uint32_t guard_bits); void arm_float_to_q14(float *pIn, q15_t *pOut, uint32_t numSamples); void arm_float_to_q30(float *pIn, q31_t *pOut, uint32_t numSamples); void arm_clip_f32(float *pIn, uint32_t numSamples); uint32_t arm_calc_guard_bits(uint32_t num_adds); void arm_apply_guard_bits (float32_t * pIn, uint32_t numSamples, uint32_t guard_bits); uint32_t arm_compare_fixed_q15(q15_t *pIn, q15_t * pOut, uint32_t numSamples); uint32_t arm_compare_fixed_q31(q31_t *pIn, q31_t *pOut, uint32_t numSamples); uint32_t arm_calc_2pow(uint32_t guard_bits);22.1.2 arm_snr_f32这个函数用于求信噪比：/** * @brief Caluclation of SNR * @param float* Pointer to the reference buffer * @param float* Pointer to the test buffer * @param uint32_t total number of samples * @return float SNR * The function Caluclates signal to noise ratio for the reference output * and test output */ float arm_snr_f32(float *pRef, float *pTest, uint32_t buffSize) { float EnergySignal = 0.0, EnergyError = 0.0; uint32_t i; float SNR; int temp; int *test; for (i = 0; i < buffSize; i++) { /* Checking for a NAN value in pRef array */ test = (int *)(&pRef[i]); temp = *test; (1)2015年01月15日版本：1.0第 1 页 共 7 页安富莱 DSP 教程if(temp == 0x7FC00000) { return(0); } /* Checking for a NAN value in pTest array */ test = (int *)(&pTest[i]); temp = *test; if(temp == 0x7FC00000) { return(0); } EnergySignal += pRef[i] * pRef[i]; EnergyError += (pRef[i] - pTest[i]) * (pRef[i] - pTest[i]); } /* Checking for a NAN value in EnergyError */ test = (int *)(&EnergyError); temp = *test; if(temp == 0x7FC00000) { return(0); } SNR = 10 * log10 (EnergySignal / EnergyError); return (SNR); }UM403 STM32-V5 开发板系统篇手册(2)1. 这里先补充一些信噪比方面的基础知识： 信噪比，即 SNR（Signal to Noise Ratio） ，又称为讯噪比。

【CLion开发stm32】如何使⽤DSP库1. 添加DSP1. ⽣成STM32CubeMX⼯程2. 根⽬录下新建⽂件夹，命名为DSP_LIB3. 将⽬录STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.26.1\Drivers\CMSIS\DSP下的Include⽂件夹和Sources⽂件夹复制到DSP_LIB⽂件夹中，注意Repository⽬录中可能有多个固件库版本，要选择与当前STM32CubeMX⼯程所使⽤相同的版本。

4. 在Include⽂件夹中，仅保留arm_common_tables.h，arm_const_structs.h，arm_math.h三个头⽂件，删除其余头⽂件。

5. 全部修改完成后，DSP_LIB⽬录⽂件结构如图所⽰。

DSP_LIB2. 修改1. CMakeLists.txt⽂件中，取消22⾏-24⾏的注释，使编译器加⼊对硬件浮点数计算的宏定义。

#Uncomment for hardware floating pointadd_compile_definitions(ARM_MATH_CM4;ARM_MATH_MATRIX_CHECK;ARM_MATH_ROUNDING)add_compile_options(-mfloat-abi=hard spadd_link_options(-mfloat-abi=hard sp修改完成后，在CMakeLists_template.txt⽂件中做出同样的修改，这样就不会被STM32CubeMX更新⼯程时刷掉了。

2. CMakeLists.txt⽂件中，分别在49⾏include_directories指令和53⾏file指令中分别加⼊DSP_LIB⽂件夹的包含。

file(GLOB_RECURSE SOURCES "startup/*.*""Drivers/*.*""Core/*.*""DSP_LIB/*.*")然后同样在CMakeLists_template.txt中同步修改。

第21章ARM官方DSP库的InterpolationFunctions的使用ARM官方DSP库中的InterpolationFunctions模块提供了一系列插值函数，用于在给定输入数据集的情况下，对数据进行插值操作。

这些插值函数可以用于音频处理、图像处理、信号处理等多个领域中。

在ARM官方DSP库中，InterpolationFunctions模块提供了不同级别的插值函数，包括线性插值、二次插值、三次插值等。

这些函数可以满足不同场景下的插值需求。

在进行插值操作之前，首先需要初始化插值结构体。

ARM官方DSP库提供了相应的初始化函数，例如arm_linear_interp_instance_init(、arm_bilinear_interp_instance_init(等。

这些初始化函数会设置插值结构体中的相关参数，为后续的插值操作做好准备工作。

以线性插值函数为例，ARM官方DSP库提供了arm_linear_interp_f32(和arm_linear_interp_q31(等函数，在处理单精度浮点数和Q31格式数据时提供了不同的接口。

这些函数通过输入插值结构体、输入数据数组和输出数据数组，对数据进行线性插值操作。

在使用线性插值函数时，首先需要创建一个插值结构体，并通过相应的初始化函数对其进行初始化。

然后，将待插值的数据作为输入数据数组传递给插值函数，设置插值结构体中的输入数据数组。

接着，将插值的横坐标数组传递给插值函数，设置插值结构体中的横坐标数组。

最后，将插值结果保存在输出数据数组中。

除了线性插值函数之外，ARM官方DSP库还提供了其他插值函数，如二次插值函数arm_bilinear_interp_f32(和三次插值函数arm_cubic_interp_f32(。

这些函数操作类似，只是采用了不同的插值算法。

综上所述，ARM官方DSP库的InterpolationFunctions模块提供了一系列插值函数，用于实现数据的插值操作。