STM32-DSP库的使用
- 一.CMSIS-DSP
-
- [1.1 DSP库简介](#1.1 DSP库简介)
- [1.2 支持的函数类别](#1.2 支持的函数类别)
- [1.3 宏定义](#1.3 宏定义)
- 二、操作
-
- [2.1 STM32CubeMX 配置基本工程](#2.1 STM32CubeMX 配置基本工程)
- [2.2 Lib库的方式实现(推荐)](#2.2 Lib库的方式实现(推荐))
- [2.3 手动添加DSP文件（可以下载官方最新库，功能齐全）](#2.3 手动添加DSP文件（可以下载官方最新库，功能齐全）)
- 三、MFCC测试DSP加速效果
为验证语音识别MFCC用到快速傅里叶变换FFT，在工程中应用DSP库时对着网上各种教程暴雷难受，希望给大家提供帮助；并且以lib库 、手动src移植 两种方式分别实现；测试环境Crotex-M4实测有效（相比于Cortex-M3增加了浮点运算单元和数字信号处理（DSP）指令集，适用于需要处理复杂算法的应用）；
一.CMSIS-DSP
1.1 DSP库简介
CMSIS简述
通用微控制器软件接口标准 （CMSIS） 简化了微控制器软件开发， 为使用 Cortex-M 和入门级 Cortex-A 处理器的开发人员提供一致且高效的接口。 它促进了代码的重用、可移植性和互操作性， 使开发人员能够专注于应用程序级逻辑，而不是处理低级硬件细节。
CMSIS提供处理器和外围设备、实时操作系统、 和中间件组件，并包括交付机制 （CMSIS-Pack） 用于设备、主板和软件， 并支持组合来自多个供应商的软件组件。 keil.arm.com 上的内容直接从 CMSIS 包中提取。
CMSIS是与各种芯片和软件供应商密切合作定义的，并提供了一种与外设接口的通用方法。 实时操作系统和中间件组件。 它旨在实现来自多个供应商的软件组件的互操作性。
DSP库说明详情见官网
本用户手册介绍了 CMSIS DSP 软件库，这是一套用于基于 Cortex-M 和 Cortex-A 处理器的器件的常见信号处理功能。
1.2 支持的函数类别
支持该库分为许多函数，每个函数涵盖一个特定的类别：
- 基本数学函数
- 快速数学函数
- 复杂的数学函数
- 过滤函数
- 矩阵函数
- 转换函数
- 电机控制功能
- 统计函数
- 支持功能
- 插值函数
- 支持向量机函数 （SVM）
- 贝叶斯分类器函数
- 距离函数
- 四元数函数
1.3 宏定义
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 位浮点值进行操作。预处理器宏，每个库项目都有不同的预处理器宏。
bash
ARM_MATH_BIG_ENDIAN：
定义宏ARM_MATH_BIG_ENDIAN，为大端目标构建库。默认情况下，库会为小端目标构建。
ARM_MATH_MATRIX_CHECK：
定义用于检查矩阵的输入和输出大小的宏ARM_MATH_MATRIX_CHECK
ARM_MATH_ROUNDING：
定义用于舍入支持函数的宏ARM_MATH_ROUNDING
ARM_MATH_LOOPUNROLL：
定义宏ARM_MATH_LOOPUNROLL，以便在 DSP 函数中启用手动循环展开
ARM_MATH_NEON：
定义宏ARM_MATH_NEON以启用 DSP 功能的 Neon 版本。默认情况下，当 Neon 可用时，它不会启用，因为性能取决于编译器和目标体系结构。
ARM_MATH_NEON_EXPERIMENTAL：
定义宏ARM_MATH_NEON_EXPERIMENTAL以启用某些 DSP 函数的实验性 Neon 版本。实验性 Neon 版本目前没有比标量版本更好的性能。
ARM_MATH_HELIUM：
它意味着标志 ARM_MATH_MVEF 和 ARM_MATH_MVEI 和 ARM_MATH_MVE_FLOAT16。
ARM_MATH_HELIUM_EXPERIMENTAL：
仅在定义ARM_MATH_MVEF、ARM_MATH_MVEI或ARM_MATH_MVE_FLOAT16时才考虑在内。启用一些矢量版本，这些版本的性能可能比标量差，具体取决于内核/编译器配置。
ARM_MATH_MVEF：
选择 f32 算法的 Helium 版本。它意味着ARM_MATH_FLOAT16和ARM_MATH_MVEI。
ARM_MATH_MVEI：
选择 int 和 fixed point 算法的 Helium 版本。
ARM_MATH_MVE_FLOAT16：
某些算法的 MVE Float16 实现（需要 MVE 扩展）。
DISABLEFLOAT16：
当特定编译器/内核配置不支持 __fp16 时禁用 float16 算法。这仅对标量有效。当矢量体系结构支持 f16 时，无法禁用它。
ARM_MATH_AUTOVECTORIZE：
使用 Helium 或 Neon，禁用带有 C 内部函数的矢量化代码，改用纯 C。然后由编译器完成矢量化。二、操作
2.1 STM32CubeMX 配置基本工程
工程用的STM32407IGT6实现
简单配置一下时钟和Keil项目，这里略过细节重点在Keil中的配置
2.2 Lib库的方式实现(推荐)
用Keil 自带的 CMSIS-DSP包，一键添加非常方便也不需要添加头文件路径之类的
添加编译宏，可以根据（1.3）实际功能进行配置，点击OK
bash
,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING,__TARGET_FPU_VFP,__FPU_PRESENT=1
编译出现如下图，是因为重复宏定义导致的，宏的作用域CMSIS-DSP中获取不到，不添加不行
bash
warning: #47-D: incompatible redefinition of macro "__FPU_PRESENT" 
可以注释掉代码中的一个即可，就不会出现warring了
终于编译过了（期间有一次遇到keil全局宏修改不生效的问题，导致死都编译不过，最后只能在keil的配置表里面修改，正常不会有这个问题）
2.3 手动添加DSP文件（可以下载官方最新库，功能齐全）
添加编译宏，和（2.1）一致
bash
,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING,__TARGET_FPU_VFP,__FPU_PRESENT=1添加DSP src文件
可以根据实际使用的API添加，基本功能添加下图所示三个文件夹所有.C文件
这里要注意的是，别漏了 arm_bitreversal2.S
关于汇编文件编译报错的问题，--cpreproc选项是告诉armasm在汇编代码时先调用armclang来处理该汇编代码，然后再将处理后的代码给armasm来汇编成机器码。
error: A1163E: Unknown opcode defined , expecting opcode or Macro
添加DSP的头文件路径
编译是发现arm_dct4_X相关功能没用到这边就直接在工程中剔除，避免牵连更多的引用到工程中
Undefined symbol arm_cmplx_mult_cmplx_f32 (referred from arm_dct4_f32.o).
最终编译OK
三、MFCC测试DSP加速效果
c
// MFCC
// do the first mfcc with half old data(256) and half new data(256)
// then do the second mfcc with all new data(512).
// take mfcc buffer
float startTime = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2)/100.0;
osMutexAcquire(mfcc_bufHandle, osWaitForever);
for(int i=0; i<2; i++)
{
mfcc_compute(mfcc, &audio_buffer_16bit[i*AUDIO_FRAME_LEN/2], mfcc_features_f);
// quantise them using the same scale as training data (in keras), by 2^n.
quantize_data(mfcc_features_f, mfcc_features[mfcc_feat_index], MFCC_COEFFS, 3);
// debug only, to print mfcc data on console
if(is_print_mfcc)
{
for(int i=0; i<MFCC_COEFFS; i++)
printf("%d ", mfcc_features[mfcc_feat_index][i]);
printf("\n");
}
mfcc_feat_index++;
if(mfcc_feat_index >= MFCC_LEN)
mfcc_feat_index = 0;
}
osMutexRelease(mfcc_bufHandle);
printf("mfcc time %0.2f ms\r\n", __HAL_TIM_GetCounter(&htim2)/100.0-startTime);//不增加DSP库
mfcc time 2.66 ms//增加DSP库MFCC处理速度提升 56.0%
mfcc time 1.17 ms