STM32CubeIDE下使能STM32F4的FPU同时调用DSP库计算正弦函数

0 背景

今天需要用STM32F4计算sin()，碰巧发现网上有教程开启STM32F407VG的FPU，同时调用DSP库。本人用的是免费的STM32CubeIDE开发STM32，不知能否适用。

1 环境

Windows 10 + STM32CubeIDE 1.0.2 + STM32CubeMX 5.3.0 + STM32Cube_FW_F4_V1.24.1 +STM32F4discovery

2 STM32CubeMX生成初始化代码

（略过）

通过选择板卡初始化程序，能自动生成板载外围的初始化代码。能自动为STM32F4Discoery生成LED、按键等。

我自行增加了TIM1、TIM3的初始化。

3 添加官方DSP库

文件夹中找到官方DSP库所需的LIB、头文件、源文件，复制粘贴至工程目录内。所需文件见下图。

3.1 LIB

STM32F407VG对应的库文件是arm_cortexM4lf_math.lib：

C:\Users\用户名\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.24.0\Drivers\CMSIS\Lib\ARM\arm_cortexM4lf_math.lib

3.2 头文件

DSP库头文件有三个，路径是

C:\Users\用户名\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.24.0\Drivers\CMSIS\DSP\Include

3.3 源文件

源文件是一些math运算，在arm中优化过的。有不少文件夹，直接复制粘贴到工程源文件目录内。

C:\Users\用户名\STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F4_V1.24.0\Drivers\CMSIS\DSP\Source

4 配置IDE

右键工程，选属性。在C/C++ General -> Paths and Symbols 中的Symbols增加以下定义

__FPU_PRESENT，且数值1

__FPU_USED，且数值1

__TARGET_FPU_VFP

ARM_MATH_CM4

最后编译工程。

5 上机试验

在main.c中增加

 

#include "math.h"
#include "arm_math.h"

5.1 不使用DSP库

直接使用math.h中的sin计算正弦。

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET);
 
Vrefa = Modul_Factor * sin(2*PI*b_SinWaveFreq*b_PwmPrdUpdateCnt/3000) / 2 + 0.5;
Vrefb = Modul_Factor * sin(2*PI*b_SinWaveFreq*b_PwmPrdUpdateCnt/3000 + 2*PI/3) / 2 + 0.5;
Vrefc = Modul_Factor * sin(2*PI*b_SinWaveFreq*b_PwmPrdUpdateCnt/3000 - 2*PI/3) / 2 + 0.5;
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);

观察PE7高电平时间，即可得到这三行代码的运算耗时。测量结果是59us（每次计算有几个us的误差的）。我这几行代码是在TIM3的周期中断函数内计算的。每秒计算3KHz。

5.2 使用DSP库

使用arm_math.h中的arm_sin_f32计算正弦（这函数输入输出都是float32浮点数）。

HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET);
 
Vrefa = Modul_Factor * arm_sin_f32(2*PI*b_SinWaveFreq*b_PwmPrdUpdateCnt/3000) / 2 + 0.5;
Vrefb = Modul_Factor * arm_sin_f32(2*PI*b_SinWaveFreq*b_PwmPrdUpdateCnt/3000 + 2*PI/3) / 2 + 0.5;
Vrefc = Modul_Factor * arm_sin_f32(2*PI*b_SinWaveFreq*b_PwmPrdUpdateCnt/3000 - 2*PI/3) / 2 + 0.5;
HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);

继续观察PE7高电平保持时间。结果是5us。优化了10倍速度。