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第五十六章 DSP BasicMath实验

本章介绍使用DSP库进行基本的数学运算。通过本章的学习，读者将学习到如何使用DSP库进行数学运算。
本章分为如下几个小节：
56.1 硬件设计
56.2 程序设计
56.3 下载验证

56.1 硬件设计
56.1.1 例程功能

1. 上分别显示不使用DSP库和使用DSP库的计算正弦余弦的耗时
2. LED0闪烁，指示程序正在运行
   56.1.2 硬件资源
3. LED
4. LED0 - PF9
5. 正点原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块（仅限MCU屏，16位8080并口驱动）
6. FPU（可选，使用后相关的计算耗时更少）
7. 基本定时器6
   56.1.3 原理图
   本章实验使用的DSP库为软件库，因此没有对应的连接原理图。
   56.2 程序设计
   56.2.1 DPS库的使用
   本章实验使用APM32F4xx_SDK中提供的DSP库，将其添加到工程文件夹后，如下图所示：
   

图56.2.1.1 DSP库
DSP中就提供了大量用于数学运算的函数，例如：正弦、余弦的计算等。使用DSP库能加快各种算法的实现，并且DSP中的函数是专门为DSP指令集做了相应的优化的，因此能以极高的效率在开启FPU且具有DSP指令集的MCU执行。
DSP库的使用方法也很简单，仅需将需要使用的DSP库源文件添加到工程中，就能调用DSP库中的函数了，具体请见本章实验的配套实验例程。
56.2.2 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：

int main(void)
{/* 必要初始化，代码省略 */while (1){/* 不使用DSP库 */TMR_ConfigCounter(BTMR_TMRX_INT, 0);g_timeout = 0;res = sin_cos_test(PI / 6, 200000, 0);time = TMR_ReadCounter(BTMR_TMRX_INT) + g_timeout * 0x10000;/* 显示计算耗时，代码省略 *//* 使用DSP库 */TMR_ConfigCounter(BTMR_TMRX_INT, 0);g_timeout = 0;res = sin_cos_test(PI / 6, 200000, 1);time = TMR_ReadCounter(BTMR_TMRX_INT) + g_timeout * 0x10000;/* 显示计算耗时，代码省略 */}
}

从上面的代码中可以看出，分别调用了两次函数sin_cos_test()在使用DSP库和不使用DSP的情况下分别进行200000次进行正弦和余弦的计算测试，并使用定时器统计两者的计算耗时，最终在LCD上显示两个的计算耗时情况。
函数sin_cos_test()如下所示：

#define DELTA	0.0001f	/* 误差值 *//*** @brief	正弦余弦测试* @param	angle: 起始角度* @param	times: 运算次数* @param	mode : 是否使用DSP库* @arg0: 	不使用* @arg1: 	使用* @retval	无*/
uint8_t sin_cos_test(float angle, uint32_t times, uint8_t mode)
{float sinx;float cosx;float result;uint32_t i;if (mode == 0)									/* 不使用DSP库 */{for (i=0; i<times; i++){cosx = cosf(angle);						/* 不使用DSP库的sin、cos函数 */sinx = sinf(angle);result = sinx * sinx + cosx * cosx;	/* sin^2 + con^2 = 1 */result = fabsf(result - 1.0f);			/* 对比与1的差值 */if (result > DELTA)						/* 结果有误 */{return 0xFF;}angle += 0.001f;						/* 角度自增 */}}else												/* 使用DSP库 */{for (i=0; i<times; i++){cosx = arm_cos_f32(angle);				/* 使用DSP库的sin、cos函数 */sinx = arm_sin_f32(angle);result = sinx * sinx + cosx * cosx;	/* sin^2 + con^2 = 1 */result = fabsf(result - 1.0f);			/* 对比与1的差值 */if (result > DELTA)						/* 结果有误 */{return 0xFF;}angle += 0.001f;						/* 角度自增 */}}return 0;
}

从上面的代码中可以看出，使用DSP库计算正弦、余弦时，使用了DPS库中的函数arm_cos_f32()和函数arm_sin_f32()，不使用DSP库正弦、余弦时，使用了C标准库中的函数consf()和函数sinf()。
56.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到LCD上分别显示了不使用DSP库和使用DSP库的运算耗时时间，从两者的耗时时间中，能看出使用DSP库进行数学运算有明显的速度优势。