使用STM32F4XX自帶數(shù)學(xué)庫“arm_math.h“

1、代碼設(shè)置
如果沒有啟動FPU而使用數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算時，CPU執(zhí)行時認(rèn)為遇到非法指令而跳轉(zhuǎn)到HardFault_Handler()中斷函數(shù)中死循環(huán)。因此，需要在系統(tǒng)初始化時開啟FPU。在system_stm32f4xx.c中的SystemInit()函數(shù)中添加如下代碼：

#if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));
#endif

2、編譯控制
從上面的代碼可以看出，當(dāng)__FPU_PRESENT=1且__FPU_USED=1時， 編譯時就加入了啟動FPU的代碼，CPU也就能正確高效的使用FPU進(jìn)行簡單的加減乘除了。但是對于復(fù)雜運(yùn)算要充分發(fā)揮M4F的浮點功能，就需要使用固件 庫自帶的arm_math.h而非編譯器自帶的math.h，這個文件根據(jù)編譯控制項（__FPU_USED ==1）來決定是使用哪一種函數(shù)方法：如果沒有使用FPU，那就調(diào)用keil的標(biāo)準(zhǔn)math.h頭文件中定義的函數(shù)；如果使用了FPU，那就是用固件庫自 帶的優(yōu)化函數(shù)來解決問題。
在arm_math.h開頭部分有一些編譯控制信息：
#ifndef _ARM_MATH_H
#define _ARM_MATH_H

#define __CMSIS_GENERIC

#if defined (ARM_MATH_CM4)
#include "core_cm4.h"
#elif defined (ARM_MATH_CM3)
#include "core_cm3.h"
#elif defined (ARM_MATH_CM0)
#include "core_cm0.h"
#else
#include "ARMCM4.h"
#warning "Define either ARM_MATH_CM4 OR ARM_MATH_CM3...By Default building on ARM_MATH_CM4....."
#endif

#undef__CMSIS_GENERIC
#include "string.h"
#include "math.h"

從中可以看出，為了使用STM32F4的arm_math.h，我們需要定義ARM_MATH_CM4；否則如果不使用CMSIS的庫，就會調(diào)用Keil自帶的math.h。

另外，定義控制項__CC_ARM在某些數(shù)學(xué)函數(shù)中會使用VSQRT指令（浮點運(yùn)算指令），運(yùn)算速度比Q指令要快很多。
總結(jié)一下，需要在Project->Options for target"XXXX"）中的C/C++選項卡的Preprocessor Symbols欄的Define中加入如下的語句：ARM_MATH_CM4, __FPU_PRESENT=1, __FPU_USED =1, __CC_ARM。

3、添加庫
根據(jù)使用的器件和運(yùn)算模式，添加arm_cortexMxx_math.lib到工程文件中，位于LibrariesCMSISLibARM中。

* The library installer contains prebuilt versions of the libraries in theLibfolder.
* - arm_cortexM4lf_math.lib (Little endian and Floating Point Unit on Cortex-M4)
* - arm_cortexM4bf_math.lib (Big endian and Floating Point Unit on Cortex-M4)
* - arm_cortexM4l_math.lib (Little endian on Cortex-M4)
* - arm_cortexM4b_math.lib (Big endian on Cortex-M4)
* - arm_cortexM3l_math.lib (Little endian on Cortex-M3)
* - arm_cortexM3b_math.lib (Big endian on Cortex-M3)
* - arm_cortexM0l_math.lib (Little endian on Cortex-M0)
* - arm_cortexM0b_math.lib (Big endian on Cortex-M3)

注：如果存儲空間不允許，也可以不添加庫，只添加LibrariesCMSISDSP_LibSource中需要的源文件和arm_math.h。
其他DSP使用示例見LibrariesCMSISDSP_LibExamples。

下圖所示為DSP_Lib的文件結(jié)構(gòu)

BasicMathFunctions
提供浮點數(shù)的各種基本運(yùn)算函數(shù)，如加減乘除等運(yùn)算。對于M0/M3只能用Q運(yùn)算，即文件夾下以_q7、_q15和_q31結(jié)尾的文件；而M4F能直接硬件浮點計算，屬于文件夾下以_f32結(jié)尾的文件。
CommonTables
arm_common_tables.c文件提供位翻轉(zhuǎn)或相關(guān)參數(shù)表。
ComplexMathFunctions
復(fù)述數(shù)學(xué)功能，如向量處理，求模運(yùn)算的。
ControllerFunctions
控制功能，主要為PID控制函數(shù)。arm_sin_cos_f32/-q31.c函數(shù)提供360點正余弦函數(shù)表和任意角度的正余弦函數(shù)值計算功能。
FastMathFunctions
快速數(shù)學(xué)功能函數(shù)，提供256點正余弦函數(shù)表和任意任意角度的正余弦函數(shù)值計算功能，和Q值開平方運(yùn)算：
Arm_cos_f32/_q15/_q31.c：提供256點余弦函數(shù)表和任意角度余弦值計算功能。
Arm_sin_f32/_q15/_q31.c：提供256點正弦函數(shù)表和任意角度正弦值計算功能。
Arm_sqrt_q15/q31.c：提供迭代法計算平方根的函數(shù)。對于M4F的平方根運(yùn)算，通過執(zhí)行VSQRT指令完成。
FilteringFunctions
濾波函數(shù)功能，主要為FIR和LMS（最小均方根）濾波函數(shù)。
MatrixFunctions
矩陣處理函數(shù)。
StatisticsFunctions
統(tǒng)計功能函數(shù)，如求平均值、計算RMS、計算方差/標(biāo)準(zhǔn)差等。
SupportFunctions
支持功能函數(shù)，如數(shù)據(jù)拷貝，Q格式和浮點格式相互轉(zhuǎn)換，Q任意格式相互轉(zhuǎn)換。
TransformFunctions
變換功能。包括復(fù)數(shù)FFT（CFFT）/復(fù)數(shù)FFT逆運(yùn)算（CIFFT）、實數(shù)FFT（RFFT）/實數(shù)FFT逆運(yùn)算（RIFFT）、和DCT（離散余弦變換）和配套的初始化函數(shù)。