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|  V1.0  |  2020-07-12  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验三十八：DSP_MATH库测试 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 DSP结构。
  - 了解STM32 DSP特征。
  - 掌握DSP的使用方法。
  - 掌握STM32 HAL库中DSP属性的配置方法。
  - 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====

  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、DSP简介 ===

  * STMH32F7采用Cortex-M7内核，相比Cortex-M3系列除了内置硬件FPU单元，在数字信号处理方面还增加了DSP指令集，支持诸如单周期乘加指令（MAC），优化的单指令多数据指令（SIMD），饱和算数等多种数字信号处理指令集。相比Cortex-M3，Cortex-M4在数字信号处理能力方面得到了大大的提升。Cortex-M7执行所有的DSP指令集都可以在单周期内完成，而Cortex-M3需要多个指令和多个周期才能完成同样的功能。
  * 接下来我们来看看Cortex-M7的两个DSP指令：MAC指令（32位乘法累加）和SIMD指令。
  * 32位乘法累加（MAC）单元包括新的指令集，能够在单周期内完成一个32×32+64→64的操作或两个16×16的操作，其计算能力，如下表所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_38_1.png?direct&750 |}} 
  * Cortex-M7支持SIMD指令集，这在Cortex-M3/M0系列是不可用的。上述表中的指令，有的属于SIMD指令。与硬件乘法器一起工作（MAC），使所有这些指令都能在单个周期内执行。受益于SIMD指令的支持，Cortex-M4处理器能在单周期内完成高达32×32+64→64的运算，为其他任务释放处理器的带宽，而不是被乘法和加法消耗运算资源。
  * 比如一个比较复杂的运算：两个16×16乘法加上一个32位加法，如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_38_2.png?direct |}} 
  * 本实验进行DSP浮点运算测试，分别测试出不使用DSP MATH库和使用DSP MATH库的运算时间，进行对比。
==== 四、 实验程序 ====

=== 1、 主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
  int i,j;
  int res;
  float time[2];
  static int error_flag = 0;
  /* MCU 配置*/
  /* 重置所有外设，初始化Flash 接口和Systick. */
  HAL_Init();
  /* 系统时钟配置 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外设 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART6_UART_Init();
  MX_TIM3_Init();
 
  usart6.initialize(115200);             //串口波特设置
  usart6.printf("\x0c");               //清屏
  usart6.printf("\033[1;32;40m");      //设置终端字体为绿色    
  usart6.printf("Hello, I am iCore4!\r\n\r\n");
  usart6.printf("DSP BasicMath TEST......\r\n");  

  while (1)
  {
        timeout = 0;
        __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3,0); //重设 TIM3 定时器的计数器值
        for(j = 0;j < 10000;j++){
            for(i = 0;i < MAX_BLOCKSIZE;i ++){
                res = SinCos_Test(testInput_f32[i],0);
                if(res != 0)error_flag ++;
            }
        }
        time[0] = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3)+ timeout*5000;

        timeout = 0;
        __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim3,0);
        for(j = 0;j < 10000;j++){
            for(i = 0;i < MAX_BLOCKSIZE;i ++){
                res = SinCos_Test(testInput_f32[i],1);
                if(res != 0)error_flag ++;
            }
        }
        time[1] = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3)+ timeout*5000;
        
        if(error_flag == 0){
            usart6.printf("*NO DSP MATHLIB runtime:%0.1fms *USE DSP MATHLIB runtime:%0.1fms\r",time[0] / 10, time[1] / 10);
            LED_GREEN_ON;
            LED_RED_OFF;
            LED_BLUE_OFF;
        }
        else{//测试失败
            usart6.printf("Error\r");     
            LED_GREEN_OFF;
            LED_RED_ON;
            LED_BLUE_OFF;
        }
  }
}

</code>
=== 2、 Sin Cos测试 ===
<code c>
int SinCos_Test(float testInput,unsigned char mode)
{
    float Sinx,Cosx;
    float Result;
    
    switch (mode){
        case 0://不使用DSP MATH库
            Sinx = sinf(testInput); //不使用DSP优化的sin，cos函数
            Cosx = cosf(testInput);
            Result = Sinx*Sinx + Cosx*Cosx; //计算结果应该等于1
            Result = fabsf(Result-1.0f);     //对比与1的差值
            if(Result > DELTA)return -1;      //判断
            break;
        case 1://使用DSP MATH库
            Sinx = arm_sin_f32(testInput);  //使用DSP优化的sin，cos函数
            Cosx = arm_cos_f32(testInput);
            Result = Sinx*Sinx + Cosx*Cosx; //计算结果应该等于1
            Result = fabsf(Result-1.0f);     //对比与1的差值
            if(Result > DELTA)return -1;      //判断
            break;
        default:
            break;
    }
    return 0;
}
 
</code> 
==== 五、 实验步骤 ====

  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====

  * 测试成功绿色LED点亮，并在终端上显示不使用DSP MATH和使用DSP MATH的运算时间；测试失败红色LED点亮，并在终端上显示“Error”。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_38_3.png?direct |}}