dql2016 发表于 2024-11-11 21:18

【STM32H7S78-DK】测评+ADC DMA采集1024点FFT计算速度测评

<p>在前面帖子实现ADC DMA采集、DSP库添加的基础上，本帖将采集1024点数据进行FFT运算，评估STM32H7S78的DSP性能。</p>

<p>测试代码如下：</p>

<pre>
<code class="language-cpp">/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

#include "stdio.h"
#include "arm_math.h"
#include "perf_counter.h"

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

#define VDDA_APPLI                     (3300UL)
#define VAR_CONVERTED_DATA_INIT_VALUE    (__LL_ADC_DIGITAL_SCALE(LL_ADC_RESOLUTION_12B) + 1)
#define ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE   1024
ALIGN_32BYTES (uint16_t uhADCxConvertedData);
uint16_t uhADCxConvertedData_Voltage_mVolt;
//0: DMA transfer is not completed
//1: DMA transfer is completed
//2: DMA transfer has not yet been started yet (initial state)
__IO uint8_t ubDmaTransferStatus = 2U;

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
ADC_HandleTypeDef hadc2;
DMA_HandleTypeDef handle_GPDMA1_Channel0;

TIM_HandleTypeDef htim6;

UART_HandleTypeDef huart4;

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
static void MPU_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_GPDMA1_Init(void);
static void MX_TIM6_Init(void);
static void MX_UART4_Init(void);
static void MX_ADC2_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE BEGIN PFP */

int __io_putchar(int ch)
{
    HAL_UART_Transmit(&amp;huart4 , (uint8_t *)&amp;ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}

/* USER CODE END PFP */

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
ubDmaTransferStatus = 1;
}
int tmp_index;

#define FFT_LENGTH ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE
float fft_inputbuf;
float fft_outputbuf;

uint32_t ifftFlag = 0;
uint32_t fftSize = 0;
#define TEST_LENGTH_SAMPLES 1024
static float32_t testOutput_f32;
static float32_t testOutputMag_f32;
static float32_t testInput_f32;
static float32_t Phase_f32;

void PowerPhaseRadians_f32(float32_t *_ptr, float32_t *_phase, uint16_t _usFFTPoints, float32_t _uiCmpValue)
{
        float32_t lX, lY;
        uint16_t i;
        float32_t phase;
        float32_t mag;
        for (i=0; i &lt;_usFFTPoints; i++)
        {
                lX= _ptr;//实部
                lY= _ptr;//虚部

                phase = atan2f(lY, lX);//atan2求解的结果范围是(-pi, pi], 弧度
                arm_sqrt_f32((float32_t)(lX*lX+ lY*lY), &amp;mag);//求模

                if(_uiCmpValue &gt; mag)
                {
                        Phase_f32 = 0;
                }
                else
                {
                        Phase_f32 = phase* 180.0f/3.1415926f;//将求解的结果由弧度转换为角度
                }
        }
}

static void arm_rfft_f32_app2(void)
{
        uint16_t i;
        arm_rfft_fast_instance_f32 S;
        //正变换
    ifftFlag = 0;
        //初始化结构体S中的参数
        arm_rfft_fast_init_f32(&amp;S, TEST_LENGTH_SAMPLES);
        for(i=0; i&lt;TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
        {
                //测试波形
                //testInput_f32 = 1 + cos(2*3.1415926f*50*i/1024 + 3.1415926f/3);
                testInput_f32 = uhADCxConvertedData_Voltage_mVolt;
                testInput_f32 = 0;//虚部赋值，固定为0.
        }
        //1024点实序列快速变换
        arm_rfft_fast_f32(&amp;S, testInput_f32, testOutput_f32, ifftFlag);
        arm_cmplx_mag_f32(testOutput_f32, testOutputMag_f32, TEST_LENGTH_SAMPLES);
        PowerPhaseRadians_f32(testOutput_f32, Phase_f32, TEST_LENGTH_SAMPLES, 0.5f);
        //串口打印求解的幅频和相频
        for(i=0; i&lt;TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
        {
                //printf("%f, %f\r\n", testOutputMag_f32, Phase_f32);
        }
}

/* USER CODE END 0 */

/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{

/* USER CODE BEGIN 1 */

/* USER CODE END 1 */

/* MPU Configuration--------------------------------------------------------*/
MPU_Config();

/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

/* Update SystemCoreClock variable according to RCC registers values. */
SystemCoreClockUpdate();

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();

/* USER CODE BEGIN Init */

init_cycle_counter(true);

/* USER CODE END Init */

/* USER CODE BEGIN SysInit */

/* USER CODE END SysInit */

/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_GPDMA1_Init();
MX_TIM6_Init();
MX_UART4_Init();
MX_ADC2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */

        start_cycle_counter();
        //DSP_RMS();

        int64_t lCycleUsed = stop_cycle_counter();

        printf("ADC DMA DEMO\n");
        for (tmp_index = 0; tmp_index &lt; ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE; tmp_index++)
        {
                uhADCxConvertedData = VAR_CONVERTED_DATA_INIT_VALUE;
        }
        if (HAL_ADCEx_Calibration_Start(&amp;hadc2, ADC_SINGLE_ENDED) != HAL_OK)
        {
                printf("ADC Calibration Err\n");
                Error_Handler();
        }
        printf("ADC Calibration End\n");

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

          HAL_GPIO_TogglePin(LD4_GPIO_Port, LD4_Pin);

                  if (HAL_ADC_Start_DMA(&amp;hadc2,(uint32_t *)uhADCxConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE) != HAL_OK)
                  {
                  Error_Handler();
                  }
                  HAL_Delay(50);
                  if (ubDmaTransferStatus == 1)
                  {
                     ubDmaTransferStatus = 0;
                     for (tmp_index = 0; tmp_index &lt; ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE; tmp_index++)
                     {
                     uhADCxConvertedData_Voltage_mVolt = __LL_ADC_CALC_DATA_TO_VOLTAGE(VDDA_APPLI, uhADCxConvertedData, LL_ADC_RESOLUTION_12B);
                     //printf("voltage[%d]=%d mV\n",tmp_index,uhADCxConvertedData_Voltage_mVolt);
                     //printf("%d\n",uhADCxConvertedData_Voltage_mVolt);
                     arm_rfft_f32_app2();
                     printf("cycle counter = %lld\n",lCycleUsed);
                     }
                  }
}
/* USER CODE END 3 */
}



</code></pre>

<p>主要用到的函数是arm_rfft_fast_f32，函数原型是</p>

<pre>
<code class="language-cpp">void arm_rfft_fast_f32(
const arm_rfft_fast_instance_f32 * S,
float32_t * p,
float32_t * pOut,
uint8_t ifftFlag)</code></pre>

<p>这个函数用于单精度浮点实数FFT，函数有4个参数：</p>

<p>S是FFT实例化句柄，调用函数arm_rfft_fast_init_f32初始化得到，然后供此函数arm_rfft_fast_f32调用。支持32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096点FFT。<br />
比如做1024点FFT，代码如下：</p>

<p>arm_rfft_fast_instance_f32 S;</p>

<p>arm_rfft_fast_init_f32(&amp;S, 1024);</p>

<p>arm_rfft_fast_f32(&amp;S, testInput_f32, testOutput_f32, ifftFlag);</p>

<p>p是实数地址，比如我们要做1024点实数FFT，要保证有1024个缓冲。</p>

<p>pOut是FFT转换结果，转换结果不是实数了，而是复数，按照实部，虚拟，实部，虚部，依次排列。比如做1024点FFT，这里的输出也会有1024个数据，即512个复位。</p>

<p>ifftFlag用于设置正变换和逆变换，ifftFlag=0表示正变换，ifftFlag=1表示逆变换。</p>

<p>&nbsp;</p>

<p>测试结果：</p>

<div style="text-align: center;"></div>

<p>调用arm_rfft_fast_f32计算1024点FFT耗时184个时钟周期，主频配置的是600MHz，即1/600*184=0.307us，下图是大佬测试的STM32F4和F1的数据，可见1024点FFT性能可以说是F4的369.25/0.307=1202倍</p>

<div style="text-align: center;"></div>

<p>&nbsp;</p>

Jacktang 发表于 2024-11-12 07:28

<p>1024点数据进行FFT运算看起来有点麻烦，整这么多代码</p>

王1979 发表于 2024-11-12 08:32

<table cellpadding="0" cellspacing="0">
        <tbody>
                <tr>
                        <td id="postmessage_3374025">
                        <p>1024点数据进行FFT运算看起来有点麻烦，整这么多代码</p>
                        </td>
                </tr>
        </tbody>
</table>

dql2016 发表于 2024-11-14 17:16

王1979 发表于 2024-11-12 08:32
**** 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽 ****

<p>算法调用不麻烦</p>
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