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STM32 DSP庫函式詳解

對於每個函式,都存在浮點數和定點數的型別,由於使用方法是一致的,這裡我們僅以32為浮點數為例來說明。

一.BasicMathFunctions

1.絕對值

pDst[n] = abs(pSrc[n]), 0 <= n < blockSize

示例

float32_t *pSrc;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_add_f32(pSrc,pDst,blocksize);

2.求和

pDst[n] = pSrcA[n] + pSrcB[n],      0 <= n < blockSize.
示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_add_f32(pSrcA,pSrcB,pDst,blocksize);
3.點乘

sum = pSrcA[0]*pSrcB[0] + pSrcA[1]*pSrcB[1] + ... + pSrcA[blockSize-1]*pSrcB[blockSize-1]
示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *result;
uint32_t blocksize;
arm_dot_prod_f32(pSrcA,pSrcB,blocksize,result);
4.乘法

sum = pSrcA[0]*pSrcB[0] + pSrcA[1]*pSrcB[1] + ... + pSrcA[blockSize-1]*pSrcB[blockSize-1]
示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_mult_f32(pSrcA,pSrcB,blocksize,pDst);
5.相反數

pDst[n] = -pSrc[n],      0 <= n < blockSize.   
示例

float32_t *pSrc;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_mult_f32(pSrcA,pDst,blocksize);
6.偏移

pDst[n] = pSrc[n] + offset,      0 <= n < blockSize.  
示例

float32_t *pSrc;
float32_t offset;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_offset_f32(pSrc,offset,pDst,blocksize);
7.減法

pDst[n] = pSrcA[n] - pSrcB[n],   0 <= n < blockSize.    

示例

float32_t *pSrcA;
float32_t *pSrcB;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_sub_f32(pSrcA,pSrcB,pDst,blocksize);
8.比例因子

pDst[n] = pSrc[n] * scale,      0 <= n < blockSize.   

示例

float32_t *pSrc;
float32_t scale;
float32_t *pDst;
uint32_t blocksize;
arm_scale_f32(pSrc,scale,pDst,blocksize);
二.FastMathFunctions

這一塊的函式就是日常使用的一些math.h的函式,不多加贅述

float32_t    arm_cos_f32(float32_t x) ;

float32_t arm_sin_f32(float32_t x) ;

arm_status arm_sqrt_q31(q31_t in, q31_t * pOut);

三.StatisticsMathFunctions

這一塊主要是一些在統計資料分析處理過程中經常會使用到的函式。

1.最大值

計算陣列中的最大值,並返回陣列中最大值和最大值在陣列中的位置。

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
uint32_t pIndex;
arm_max_f32(pSrc,blocksize,&pResult,&pIndex);

2.最小值

計算陣列中的最小值,並返回陣列中最大值和最大值在陣列中的位置。與上述用法類似,不加贅述。

arm_min_f32(pSrc,blocksize,&pResult,&pIndex);

3.平均值

Result = (pSrc[0] + pSrc[1] + pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1]) / blockSize; 

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_mean_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

4.功率

Result = pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + pSrc[2] * pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1]; 

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_power_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

5.標準差

Result = sqrt((sumOfSquares - sum2 / blockSize) / (blockSize - 1)) 
其中: 
sumOfSquares = pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1] 
sum = pSrc[0] + pSrc[1] + pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1]   

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_std_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

6.均方根

Result = sqrt(((pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1]) / blockSize));

float32_t *pSrc;
float32_t pResult;
uint32_t blocksize;
arm_rms_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

7.方差

同上類似

arm_var_f32(pSrc,blocksize,&pResult);

四.SupportFunctions

支援函式主要包括資料拷貝,賦值和型別轉化。型別轉化一般不需要在DSP中進行,故此處略去。

1.資料拷貝

pDst[n] = pSrc[n];      0 <= n < blockSize.

void arm_copy_f32(float32_t * pSrc, float32_t * pDst, uint32_t blockSize) 

2.資料填充

pDst[n] = value;      0 <= n < blockSize.

void arm_fill_f32(float32_t value, float32_t * pDst, uint32_t blockSize) 

五.ContrillerFunctions

這裡主要介紹的是PID控制的函式部分。

PID控制器又叫比例積分微分控制器,是目前應用最廣泛的控制器。對PID的引數整定方法網上有很多,我認為首先理解PID引數的意義更為重要,這裡貼一個連結,https://www.zhihu.com/question/23088613/answer/81176620。

y[n] = y[n-1] + A0 * x[n] + A1 * x[n-1] + A2 * x[n-2]
A0 = Kp + Ki + Kd
A1 = (-Kp ) - (2 * Kd )
A2 = Kd

函式定義如下

static __INLINE float32_t arm_pid_f32(arm_pid_instance_f32 * S, float32_t in) 

第一個引數為PID 結構體,第二個引數為取樣時間,單位為ms。
typedef struct
{
float32_t A0; /**< The derived gain, A0 = Kp + Ki + Kd . */
float32_t A1; /**< The derived gain, A1 = -Kp - 2Kd. */
float32_t A2; /**< The derived gain, A2 = Kd . */
float32_t state[3]; /**< The state array of length 3. */
float32_t Kp; /**< The proportional gain. */
float32_t Ki; /**< The integral gain. */
float32_t Kd; /**< The derivative gain. */
} arm_pid_instance_f32;
初始化函式

void arm_pid_init_f32(arm_pid_instance_f32 * S, int32_t resetStateFlag)
該函式是通過使用者配置了Kp,Ki,Kd後,通過該函式獲得A0,A1,A2。第二個引數是初始化標誌位,設1即為初始化。

復位函式

void arm_pid_reset_f32(arm_pid_instance_f32 * S) 

復位所有變數為0