STM32CubeMX+CLion 使用ARM_CMSIS_DSP

安装

参考：

【CLion开发stm32】如何使用DSP库 - 未知的奇迹 - 博客园

实际上这样配置会出一点小问题，现对其修改

将目录STM32CubeMX\Repository\STM32Cube_FW_G4_V1.6.1\Drivers\CMSIS\DSP下的Include 文件夹和Sources文件夹复制到DSP_LIB文件夹中

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。

如果没有，需要在Software Packs里下载

修改CMakeLists_template.txt文件内容为

include_directories(${includes} DSP_LIB/Include)

add_definitions(${defines})

file(GLOB_RECURSE SOURCES ${sources} "DSP_LIB/Source/.c")
list(FILTER SOURCES EXCLUDE REGEX "./arm_.*\.c")
点击STM32CubeMX中的 GENERATE CODE 重新生成代码

常用函数讲解

两种类型：

浮点类型：
定点类型

基本数学运算

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// 浮点加法
float32_t arm_add_f32(float32_t a, float32_t b);
// 浮点乘法
float32_t arm_mult_f32(float32_t a, float32_t b);
// 浮点向量加法（逐个元素相加）
void arm_add_f32(const float32_t *pSrcA, const float32_t *pSrcB, float32_t *pDst, uint32_t blockSize);
// 浮点向量乘法（逐个元素相乘）
void arm_mult_f32(const float32_t *pSrcA, const float32_t *pSrcB, float32_t *pDst, uint32_t blockSize);


// Q15加法
q15_t arm_add_q15(q15_t a, q15_t b);
// Q15乘法
q15_t arm_mult_q15(q15_t a, q15_t b);
// Q31乘法
q31_t arm_mult_q31(q31_t a, q31_t b);

参数解释：

const float32_t *pSrcA：第一个输入数组指针
const float32_t *pSrcB：第二个输入数组指针
float32_t *pDst：输出数组指针
uint32_t blockSize：数组元素个数

快速傅里叶变换（FFT）函数

初始化实例

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// 初始化浮点FFT实例
arm_status arm_cfft_init_f32(arm_cfft_instance_f32 *S, uint16_t fftLen);
// 初始化Q15 FFT实例
arm_status arm_cfft_init_q15(arm_cfft_instance_q15 *S, uint16_t fftLen);

参数解释：

arm_cfft_instance_f32 *S：FFT实例结构体指针
uint16_t fftLen：FFT长度（点数）
- arm_cfft_sR_f32_lenx，x可取大于等于16的2的整数幂，例如 arm_cfft_sR_f32_len16、arm_cfft_sR_f32_len32等

使用预定义的初始化方法：

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const arm_cfft_instance_f32 *fftInstance = &arm_cfft_sR_f32_len256;

核心函数

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// 浮点复数FFT/逆FFT
void arm_cfft_f32(const arm_cfft_instance_f32 *S, float32_t *p1, uint8_t ifftFlag, uint8_t bitReverseFlag);
// Q15复数FFT/逆FFT
void arm_cfft_q15(const arm_cfft_instance_q15 *S, q15_t *p1, uint8_t ifftFlag, uint8_t bitReverseFlag);

参数解释

参数	描述
`S`	预初始化的FFT实例指针（由`arm_cfft_init_f32`或预定义实例提供）
`p1`	复数输入/输出数组（实部和虚部交错存储，长度为2*fftlen）
`ifftFlag`	0表示FFT（正变换），1表示IFFT（逆变换）
`bitReverseFlag`	0表示禁用位反转，1表示启用位反转

幅度计算

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// 计算复数FFT结果的幅度(浮点)
void arm_cmplx_mag_f32(float32_t *pSrc, float32_t *pDst, uint32_t numSamples);
// 计算复数FFT结果的幅度(Q15)
void arm_cmplx_mag_q15(q15_t *pSrc, q15_t *pDst, uint32_t numSamples);

参数解释

pSrc：FFT复数结果
pDst：幅度谱
numSamples：样本数量

滤波器函数

FIR滤波器

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// 浮点FIR初始化
void arm_fir_init_f32(arm_fir_instance_f32 *S, uint16_t numTaps, float32_t *pCoeffs, float32_t *pState, uint32_t blockSize);
// Q15 FIR初始化
void arm_fir_init_q15(arm_fir_instance_q15 *S, uint16_t numTaps, q15_t *pCoeffs, q15_t *pState, uint32_t blockSize);

参数解释

arm_fir_instance_f32 *S：FIR滤波器实例指针
uint16_t numTaps：滤波器系数个数
float32_t *pCoeffs：滤波器系数数组指针
float32_t *pState：状态缓冲区指针
uint32_t blockSize：每次处理的样本块大小

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// 浮点FIR滤波
void arm_fir_f32(const arm_fir_instance_f32 *S, float32_t *pSrc, float32_t *pDst, uint32_t blockSize);

参数解释：

参数	描述
`S`	由`arm_fir_init_f32`初始化的FIR实例
`pSrc`	输入样本数组，大小为`blockSize`
`pDst`	输出样本数组，大小为`blockSize`
`blockSize`	要处理的样本数量，必须与初始化时相同

IIR滤波器

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// 浮点IIR初始化
void arm_biquad_cascade_df1_init_f32(arm_biquad_casd_df1_inst_f32 *S, uint8_t numStages, float32_t *pCoeffs, float32_t *pState);

// 浮点IIR滤波
void arm_biquad_cascade_df1_f32(const arm_biquad_casd_df1_inst_f32 *S, float32_t *pSrc, float32_t *pDst, uint32_t blockSize);

参数解释：

参数	说明
`*S`	滤波器实例结构体指针，用于存储初始化后的配置和状态。
`numStages`	双二阶阶段的数量（即二阶滤波器的个数）。
`*pCoeffs`	滤波器系数数组，按 `[b0, b1, b2, a1, a2]` 顺序排列，每组对应一个阶段，连续存储。
`*pState`	状态缓冲区，用于存储延迟线数据（如 `x[n-1]`, `y[n-1]` 等），大小需为 `2 × numStages`。

FIR滤波器和IIR滤波器的区别

特性 FIR滤波器 IIR滤波器

全称 Finite Impulse Response Infinite Impulse Response

定义 系统冲激响应在有限时间内衰减为零系统冲激响应理论上会无限持续

差分方程 仅使用输入信号的历史值同时使用输入和输出的历史值

数学表达式 y[n] = Σ bₖ·x[n-k] (k=0 to N-1) y[n] = Σ bₖ·x[n-k] - Σ aₖ·y[n-k]

特性	FIR滤波器	IIR滤波器
全称	Finite Impulse Response	Infinite Impulse Response
定义	系统冲激响应在有限时间内衰减为零	系统冲激响应理论上会无限持续
差分方程	仅使用输入信号的历史值	同时使用输入和输出的历史值
数学表达式	y[n] = Σ bₖ·x[n-k] (k=0 to N-1)	y[n] = Σ bₖ·x[n-k] - Σ aₖ·y[n-k]

统计函数

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// 求最大值及其索引
void arm_max_f32(float32_t *pSrc, uint32_t blockSize, float32_t *pResult, uint32_t *pIndex);

// 求最小值及其索引
void arm_min_f32(float32_t *pSrc, uint32_t blockSize, float32_t *pResult, uint32_t *pIndex);

// 求平均值
void arm_mean_f32(float32_t *pSrc, uint32_t blockSize, float32_t *pResult);

// 求均方根(RMS)
void arm_rms_f32(float32_t *pSrc, uint32_t blockSize, float32_t *pResult);

// 求标准差
void arm_std_f32(float32_t *pSrc, uint32_t blockSize, float32_t *pResult);

// 求方差
void arm_var_f32(float32_t *pSrc, uint32_t blockSize, float32_t *pResult);

矩阵运算函数

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// 矩阵加法
arm_status arm_mat_add_f32(const arm_matrix_instance_f32 *pSrcA, const arm_matrix_instance_f32 *pSrcB, arm_matrix_instance_f32 *pDst);

// 矩阵乘法
arm_status arm_mat_mult_f32(const arm_matrix_instance_f32 *pSrcA, const arm_matrix_instance_f32 *pSrcB, arm_matrix_instance_f32 *pDst);

// 矩阵转置
arm_status arm_mat_trans_f32(const arm_matrix_instance_f32 *pSrc, arm_matrix_instance_f32 *pDst);

// 矩阵求逆
arm_status arm_mat_inverse_f32(const arm_matrix_instance_f32 *pSrc, arm_matrix_instance_f32 *pDst);

经典数学函数

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// 正弦函数(浮点)
float32_t arm_sin_f32(float32_t x);

// 余弦函数(浮点)
float32_t arm_cos_f32(float32_t x);

// 平方根
void arm_sqrt_f32(float32_t in, float32_t *pOut);

类型转换函数

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// 浮点到Q15转换
void arm_float_to_q15(float32_t *pSrc, q15_t *pDst, uint32_t blockSize);

// Q15到浮点转换
void arm_q15_to_float(q15_t *pSrc, float32_t *pDst, uint32_t blockSize);