【STM32-DSP库的使用】基于Keil5 + STM32CubeMX + CMSIS-DSP 手动添加、库添加方式

为验证语音识别mfcc用到快速傅里叶变换fft，在工程中应用dsp库时对着网上各种教程暴雷难受，希望给大家提供帮助；并且以lib库、手动src移植两种方式分别实现；测试环境crotex-m4实测有效（相比于cortex-m3增加了浮点运算单元和数字信号处理（dsp）指令集，适用于需要处理复杂算法的应用）；

一.cmsis-dsp

1.1 dsp库简介

cmsis简述
通用微控制器软件接口标准 （cmsis） 简化了微控制器软件开发， 为使用 cortex-m 和入门级 cortex-a 处理器的开发人员提供一致且高效的接口。 它促进了代码的重用、可移植性和互操作性， 使开发人员能够专注于应用程序级逻辑，而不是处理低级硬件细节。
cmsis提供处理器和外围设备、实时操作系统、 和中间件组件，并包括交付机制 （cmsis-pack） 用于设备、主板和软件， 并支持组合来自多个供应商的软件组件。 keil.arm.com 上的内容直接从 cmsis 包中提取。
cmsis是与各种芯片和软件供应商密切合作定义的，并提供了一种与外设接口的通用方法。 实时操作系统和中间件组件。 它旨在实现来自多个供应商的软件组件的互操作性。
dsp库说明详情见官网
本用户手册介绍了 cmsis dsp 软件库，这是一套用于基于 cortex-m 和 cortex-a 处理器的器件的常见信号处理功能。

1.2 支持的函数类别

支持该库分为许多函数，每个函数涵盖一个特定的类别：

1.3 宏定义

该库通常具有单独的函数，用于对 8 位整数、16 位整数、32 位整数和 32 位浮点值进行操作。预处理器宏，每个库项目都有不同的预处理器宏。

arm_math_big_endian：
定义宏arm_math_big_endian，为大端目标构建库。默认情况下，库会为小端目标构建。

arm_math_matrix_check：
定义用于检查矩阵的输入和输出大小的宏arm_math_matrix_check

arm_math_rounding：
定义用于舍入支持函数的宏arm_math_rounding

arm_math_loopunroll：
定义宏arm_math_loopunroll，以便在 dsp 函数中启用手动循环展开

arm_math_neon：
定义宏arm_math_neon以启用 dsp 功能的 neon 版本。默认情况下，当 neon 可用时，它不会启用，因为性能取决于编译器和目标体系结构。

arm_math_neon_experimental：
定义宏arm_math_neon_experimental以启用某些 dsp 函数的实验性 neon 版本。实验性 neon 版本目前没有比标量版本更好的性能。

arm_math_helium：
它意味着标志 arm_math_mvef 和 arm_math_mvei 和 arm_math_mve_float16。

arm_math_helium_experimental：
仅在定义arm_math_mvef、arm_math_mvei或arm_math_mve_float16时才考虑在内。启用一些矢量版本，这些版本的性能可能比标量差，具体取决于内核/编译器配置。

arm_math_mvef：
选择 f32 算法的 helium 版本。它意味着arm_math_float16和arm_math_mvei。

arm_math_mvei：
选择 int 和 fixed point 算法的 helium 版本。

arm_math_mve_float16：
某些算法的 mve float16 实现（需要 mve 扩展）。

disablefloat16：
当特定编译器/内核配置不支持 __fp16 时禁用 float16 算法。这仅对标量有效。当矢量体系结构支持 f16 时，无法禁用它。

arm_math_autovectorize：
使用 helium 或 neon，禁用带有 c 内部函数的矢量化代码，改用纯 c。然后由编译器完成矢量化。

官方github最新库版本

二、操作

2.1 stm32cubemx 配置基本工程

工程用的stm32407igt6实现

简单配置一下时钟和keil项目，这里略过细节重点在keil中的配置

2.2 lib库的方式实现(推荐)

用keil 自带的 cmsis-dsp包，一键添加非常方便也不需要添加头文件路径之类的

添加编译宏，可以根据（1.3）实际功能进行配置，点击ok

,arm_math_cm4,__cc_arm,arm_math_matrix_check,arm_math_rounding,__target_fpu_vfp,__fpu_present=1

编译出现如下图，是因为重复宏定义导致的，宏的作用域cmsis-dsp中获取不到，不添加不行

warning:  #47-d: incompatible redefinition of macro "__fpu_present" 

可以注释掉代码中的一个即可，就不会出现warring了

终于编译过了（期间有一次遇到keil全局宏修改不生效的问题，导致死都编译不过，最后只能在keil的配置表里面修改，正常不会有这个问题）

2.3 手动添加dsp文件（可以下载官方最新库，功能齐全）

添加编译宏，和（2.1）一致

,arm_math_cm4,__cc_arm,arm_math_matrix_check,arm_math_rounding,__target_fpu_vfp,__fpu_present=1

添加dsp src文件

可以根据实际使用的api添加，基本功能添加下图所示三个文件夹所有.c文件

这里要注意的是，别漏了 arm_bitreversal2.s

关于汇编文件编译报错的问题，–cpreproc选项是告诉armasm在汇编代码时先调用armclang来处理该汇编代码，然后再将处理后的代码给armasm来汇编成机器码。

添加dsp的头文件路径

编译是发现arm_dct4_x相关功能没用到这边就直接在工程中剔除，避免牵连更多的引用到工程中

最终编译ok

三、mfcc测试dsp加速效果

		// mfcc
		// do the first mfcc with half old data(256) and half new data(256)
		// then do the second mfcc with all new data(512). 
		// take mfcc buffer
    	float starttime = __hal_tim_getcounter(&htim2)/100.0;
		osmutexacquire(mfcc_bufhandle, oswaitforever);
		for(int i=0; i<2; i++)
		{
			mfcc_compute(mfcc, &audio_buffer_16bit[i*audio_frame_len/2], mfcc_features_f);
			
			// quantise them using the same scale as training data (in keras), by 2^n. 
			quantize_data(mfcc_features_f, mfcc_features[mfcc_feat_index], mfcc_coeffs, 3);
			
			// debug only, to print mfcc data on console
			if(is_print_mfcc)
			{
				for(int i=0; i<mfcc_coeffs; i++)
					printf("%d ",  mfcc_features[mfcc_feat_index][i]);
				printf("\n");
			}
			
			mfcc_feat_index++;
			if(mfcc_feat_index >= mfcc_len)
				mfcc_feat_index = 0;
		}
		osmutexrelease(mfcc_bufhandle);
    printf("mfcc time %0.2f ms\r\n", __hal_tim_getcounter(&htim2)/100.0-starttime);