STM32F4 FPU和DSP库使用

参考网页： http://blog.csdn.net/electrocrazy/article/details/73456697

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。CortexTMM4 FPU是ARMTMFPv4-SP单精度FPU一种实现形式。

启用硬件FPU

（1）通过修改代码实现

默认情况下，STM32F4xx的FPU是禁用的，可以通过设置协处理器控制寄存器（CPACR）来开启硬件FPU。在keil编程环境下，可以通过定义全局宏定义标识符_FPU_PRESENT和_FPU_USED都为1来开启硬件FPU。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stm32f4xx.h头文件中，默认定义_FPU_PRESENT为1。可以在文件stm32f4xx.h中找到如下定义。

若要开启FPU还需要在头文件stm32f4xx.h中定义标示符_FPU_USED的值为1。即在刚才的宏定义下边添加一个宏定义。

（2）通过软件设置实现

点击图标（Options forTarget…），在”Target”选项卡里的“Code Generation”下的“Floating Point Hardware”下拉菜单中选择”Use FPU”。点击”OK“完成设置。经过设置之后，在程序编译时编译器会自动加入宏定义标识符_FPU_USED为1。

DSP库的使用

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。

获取DSP库

从官网上下载http://www.st.com/web/en/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF257901，并解压。

DSP库简介

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。
• CommonTables –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。
• FastMathFunctions –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。
• FilteringFunctions –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。

DSP库环境搭建

在设置使用DSP库之前首先要先开启硬件FPU，然后按照如下步骤搭建DSP库运行环境。

在工程目录下新建DSP_LIB文件夹用于存放库文件。然后把arm_cortexM4lf_math.lib和相关头文件（路径STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.8.0\Libraries\CMSIS\Include里的文件）拷贝到DSP_LIB文件夹中。

然后打开工程，新建DSP_LIB分组，并将arm_cortexM4lf_math.lib添加到工程里面。

将第一步拷贝的Include文件夹和DSP_LIB文件夹，加入头文件包含路径。打开工程属性设置面板，然后点击”C/C++“选项卡，点击对号处，弹出include path设置面板。添加”..\DSP_LIB“。

为了能够使用DSP库的所有功能，还需要添加以下几个全局宏定义：

• ARM_MATH_CM4

• __CC_ARM

• ARM_MATH_MATRIX_CHECK

• ARM_MATH_ROUNDING