【GD32E503评测】——step03.国产M33做FFT也很快
本帖最后由 yang377156216 于 2021-1-20 12:54 编辑<p><strong><span style="font-size:20px;"><span style="font-family:宋体;">【ARM Cortex M33白皮书节选】</span></span></strong></p>
<p><strong>DSP拓展</strong></p>
<p>选配的整数DSP拓展可以为系统增加85个新指令。大多数情况下，DSP指令可将性能平均提升3倍，让所有以数字信号控制为中心的应用性能突飞猛进。</p>
<p>为帮助设计师加速软件开发，ARM将在CMSIS项目中提供免费的DSP库，包含整套过滤、转换和数学功能（如矩阵），并支持多种数据类型。CMSIS项目是开源的，其开发详情发布在github上。<br />
<strong>单精度浮点单元</strong></p>
<p>基于FPv5的选配单精度浮点拓展单元包括一份额外的16-入口 64位寄存器文件。该拓展新增45个与IEEE754-2008兼容的单精度浮点指令。使用浮点指令通常可将软件库平均性能提升10倍。FPU位于单独的电源域，负责在整个单元不使用的时候切断电源。</p>
<p>Cortex-M33是一款能在性能、功耗和安全之间实现最佳平衡的处理器。</p>
<p>嵌入式解决方案日益复杂，而它们带来的价值也不断凸显，当今设计师面临的挑战是在相冲突的设计要素之间找到最佳平衡。此外，片上系统包含的软件数量正在显著增加，但项目开发时间却不断缩短。为了用更短的时间交付合格的产品，保证性能，减少成本，我们必须踏出正确的第一步。</p>
<p>Cortex-M33应运而生，为了迈出正确的第一步量身打造，ARM将过往经验与现有的Cortex-M生态系统完美结合，实现了开发成本降低。得益于采用了多种低功耗技术的全新设计，首先降低的是系统功耗；对打造安全方案的用户，TrustZone技术则为其应用和宝贵的IP提供保驾护航的坚实基础。升级后的MPU和TrustZone共同提升系统的可靠性和保护能力。最后值得一提的是，我们永远不会停止追求生产力的脚步。TrustZone的设计初衷便是保证当前用户能够像从前一样，继续在非安全领域内开发。Cortex-M33还强化了调试与追踪性能，使复杂代码的操作更便捷。与所有其它Cortex-M处理器一样，Cortex-M33的所有编程都可以在C语言环境下完成，包括全部异常处理程序。<strong>总而言之，上述功能诞生的目的都是为了帮助开发者提高生产力，在更短的时间内设计出更复杂的解决方案。</strong></p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong><span style="font-family:宋体;">【使用ARM官方DSP库】</span></strong></span></p>
<p><a href="https://www.arm.com/why-arm/technologies/cmsis" target="_blank">CMSIS</a>是 Cortex-M 处理器与供应商无关的硬件抽象层软件接口，主要包括以下：</p>
<p><strong>CMSIS-RTOS：</strong>主要用于RTOS的API，可与中间件和库组件实现一致的软件层。</p>
<p><strong>CMSIS-DSP：</strong>Arm针对各种Cortex-M处理器内核进行了优化的丰富DSP功能的集合。</p>
<p><strong>CMSIS-Driver：</strong>接口可用于许多微控制器系列。</p>
<p><strong>CMSIS-Pack：</strong>定义了包含软件组件的软件包。</p>
<p><strong>CMSIS-SVD：</strong>可通过当前寄存器状态显示设备外设的详细视图。</p>
<p><strong>CMSIS-DAP：</strong>Cortex调试访问端口（DAP）的标准化接口。</p>
<p><strong>CMSIS-NN：</strong>高效的神经网络内核的集合。</p>
<p>CMSIS的应用场景非常广泛，稍微从事底层一点开发的工程师应该都看到过一些地方有CMSIS相关的应用，目前（2020.02）最新CMSIS版本为V5.6.0，而且开源在Github：</p>
<p><a href="https://github.com/ARM-software/CMSIS_5/releases/tag/5.6.0" target="_blank">https://github.com/ARM-software/CMSIS_5/releases/tag/5.6.0</a></p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong><span style="font-family:宋体;">【移植ARM官方DSP库】</span></strong></span></p>
<p>GD32E503 基于Cortex-M33内核，Armv8-M with Mainline extension指令集，具有单精度浮点运算单元 (FPU)，所有数据类型支持ARM单精度数据处理指令，支持完整的DSP指令。具有优秀的数字信号处理性能。我们找到 CMSIS包中的 DSP库，获取得到以下文件：</p>
<p>在之前串口工程中，将FFT相关的lib文件以及.c文件添加进去，如下：</p>
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<p>其中， arm_fft_bin_data.c 文件包含了 参与运算的复数数组 testInput_f32_10khz ， 官方默认大小为 2048，意味着 参与FFT运算的采样点数据个数最大只能到 1024，且为 2的N次方 N大于1；arm_ARMv8MMLldfsp_math.lib 为官方提供的 M33内核的DSP库 ；arm_fft_bin_example_f32.c 为实际的测试函数入口所在文件 。另外，还需要将 arm_math.h 和 arm_const_structs.h头文件包含进测试.c文件中，且添加路径：</p>
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<p>除此之外，在keil 工程设置中还需要添加 预处理定义 ： ARM_MATH_CM33,_FPU_USED=1U ； 在 Misc Controls 一栏中还需要添加相关命令避免编译器报错 ： -fshort-enums -fshort-wchar</p>
<p>在systick 1ms中断中添加计数全局变量 guiSysTick_Tick ，通过该变量的差值来体现出 计算完 1024个点的FFT运算所花费的时间 ，</p>
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<p>上述设置和配置完成后，主函数调用测试函数接口 FFT_1024_Test() 即可完成测试，通过串口工具打印出实际时长，从测试结果可见，只需要1毫秒即可完成1024点FFT计算，DSP性能算是相当强大了：</p>
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<p>"systick 1ms中断中添加计数全局变量 guiSysTick_Tick",看了半天为啥是1ms,原来原因在这,时间测量长了，1024点不到1ms</p>
<p>多谢楼主的示范工程。</p>
<p>简单修改一下，循环执行1000次，结果如下：</p>
<p>收←◆FFT_1024 test ok ^_^ 666!,spend time=1286 ms</p>
<p>好文章，支持一下</p>
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