ARM核单片机安装CMSIS DSP

CMSIS 库介绍

CMSIS：（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）翻译成中文就是ARM Cortex 微控制器/处理器软件接口标准。

  • CMSIS-RTOS是一种API，它支持使用中间件和库组件实现一致的软件层

  • CMSIS-DSP库是Arm为各种Cortex-M处理器内核优化的DSP功能的丰富集合

  • CMSIS-Driver接口可用于许多微控制器家族

  • CMSIS-Pack定义了包含软件组件的软件包的结构

  • CMSIS-SVD文件使设备外设的详细视图与当前注册状态

  • CMSIS-DAP是一个到Cortex调试访问端口(DAP)的标准化接口。

  • CMSIS-NN是一组高效的神经网络核的集合

数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）;

在进行一些数据处理和计算时，常常会使用到一些数学函数，通常使用的是math.h文件中的函数，但有时会涉及到大量数据的计算，这时可以考虑使用ARM官方提供的DSP库，其中包含了许多基础数学函数和其它扩展功能，支持多种ARM内核，计算速度也比math.h中快不少。

官网连接在这里Common Microcontroller Software Interface Standard (CMSIS) – Arm Developer

库包含的功能如下

  • Basic math functions

    基本数学函数

  • Fast math functions

    快速的数学函数

  • Complex math functions

    复杂的数学函数

  • Filtering functions

    过滤功能

  • Matrix functions

    矩阵函数

  • Transform functions

    转换函数

  • Motor control functions

    运动控制功能

  • Statistical functions

    统计功能

  • Support functions

    支持功能

  • Interpolation functions

    插值函数

  • Support Vector Machine functions (SVM)

    支持向量机函数

  • Bayes classifier functions

    贝叶斯分类器函数

  • Distance functions

    距离函数

  • Quaternion functions

    四元数的功能

一般常用的单片机如STM32F1、GD32F1都是ARM Cortex M3内核，没有FPU单元，在STM32F4、GD32F3系类中使用的是ARM Cortex M4内核，其在ARM Cortex M3的基础上强化了运算能力，新加了浮点、DSP、并行计算等。为了更好的发挥ARM的计算能力。

源码连接在这GitHub - ARM-software/CMSIS_5: CMSIS Version 5 Development Repository

注: CMSIS 5.8以上在Git的源码文件里去除了Lib文件，需要自己编译，CMSIS 5.7还有Lib文件，这里下载的是5.7的文件

DSP库安装

将下载的库文件解压，在 CMSIS/DSP/Lib/ARM 中可以看到有许多Lib静态库，其中库文件的命名以内核名称开始，后面的l或b代表小端格式或大端格式，f代表支持浮点运算单元，M4内核只支持单精度浮点单元，而M7内核的支持单精度（Single Precision）或双精度（Double Precision）浮点运算单元，所以还有fsp和fdp之分。

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之后找到Include文件夹，这里是使用库文件需要包含的头文件，其中arm_math.h是主要的头文件。

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将与芯片对应Lib静态库文件和头文件复制到工程目录下，添加到工程中并为头文件添加路径。这里不添加这些头文件也可以，只要配置好路径就行。

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之后添加在工程中添加宏定义ARM_MATH_CM3

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之后再主函数中添加头文件，编写FFT测试程序：

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#include "gd32f10x.h"
#include "arm_math.h"
#include "arm_const_structs.h"

#define FFT_LENGTH        2048        //FFT长度，默认是2048点FFT
float fft_inputbuf[FFT_LENGTH*2];     //FFT输入数组
float fft_outputbuf[FFT_LENGTH];      //FFT输出数组

/*!
    \brief      main function
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
int main(void)
{
    char showbuffer[64];
    systick_config();
    UsartConfig();
	
    for(int i=0;i<FFT_LENGTH;i++)//生成信号序列
    {
        // 实部放入时域信号
        fft_inputbuf[2*i]=10+4.5*arm_sin_f32(2*PI*i*210/FFT_LENGTH)+\
                           3.2*arm_sin_f32(2*PI*i*350/FFT_LENGTH);

        fft_inputbuf[2*i+1]=0;//虚部全部为0
    }
    // arm_cfft_sR_f32_len2048，该变量即为"arm_const_structs.h"提供的配置变量，包含头文件后，直接调用即可。
    arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len2048,fft_inputbuf,0,1);
    arm_cmplx_mag_f32(fft_inputbuf,fft_outputbuf,FFT_LENGTH);    // 把运算结果复数求模得幅值

	// 由于原始信号在FFT后被覆盖掉了，这里为了可视化重新生成了一次
    for(int i=0;i<FFT_LENGTH/2;i++)//生成信号序列
    {
        fft_inputbuf[2*i]=10+4.5*arm_sin_f32(2*PI*i*210/FFT_LENGTH)+\
                           3.2*arm_sin_f32(2*PI*i*350/FFT_LENGTH);

        fft_inputbuf[2*i+1]=0;// 虚部全部为0
    }
	
    fft_outputbuf[0] = fft_outputbuf[0] / 2;
    for(int i=0;i<FFT_LENGTH/2;i++)
    {
        // 发送到上位机，使用VOFA+进行显示
        sprintf(showbuffer,"%f,%f\n",fft_inputbuf[2*i],fft_outputbuf[i]/FFT_LENGTH*2);
        USART_SendString(PRINTF_USART, showbuffer);
    }
    
    while(1);
    
}

VOFA+显示如下

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可以看到原始的时域信号和频域下的频谱，且幅值和频率关系和生成原始信号时的数据相同，程序工作正常。

其它问题

在使用GD32F1官方固件库进行程序开发时，会遇到找不到cmsis_compiler.h这个头文件，在DSP库中的Core内核文件文件夹，将缺少的文件复制到工程目录下GD32库文件Libraries/CMSIS目录下，但复制后会报很多重定义的错误，都是在core_cm3.h中，估计可能是GD32官方库中的core_cm3.h对一些功能进行了配置，但在DSP中也有相同的配置，发生了重定义.

这里用DSP中的core_cm3.h把GD库中的文件替换掉，再编译就没有错误了。下载烧录功能没什么问题，暂时也不知道这样做有没有别的影响。其它找不到的文件自己复制过去就行。

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