运用STM32F4XX自带数学库“arm_math.h“

STM32-F4归于Cortex-M4F构架，这与M0、M3的最大不同便是具有FPU（浮点运算单元），支撑浮点指令集，因而在处理数学运算时能比M0/M3高出数十倍乃至上百倍的功用，可是要充分发挥FPU的数学功用，除了#include “arm_math.h”（而非用编译器自带的math.h）以外，（arm_math.h坐落LibrariesCMSISInclude文件夹）还需求进行设置。

1、代码设置
假如没有发动FPU而运用数学函数运算时，CPU履行时以为遇到不合法指令而跳转到HardFault_Handler()中止函数中死循环。因而，需求在体系初始化时敞开FPU。在system_stm32f4xx.c中的SystemInit()函数中增加如下代码：

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

2、编译操控
从上面的代码能够看出，当__FPU_PRESENT=1且__FPU_USED=1时， 编译时就参加了发动FPU的代码，CPU也就能正确高效的运用FPU进行简略的加减乘除了。可是关于杂乱运算要充分发挥M4F的浮点功用，就需求运用固件 库自带的arm_math.h而非编译器自带的math.h，这个文件依据编译操控项（__FPU_USED ==1）来决定是运用哪一种函数办法：假如没有运用FPU，那就调用keil的规范math.h头文件中界说的函数；假如运用了FPU，那便是用固件库自 带的优化函数来解决问题。
在arm_math.h最初部分有一些编译操控信息：
#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”

从中能够看出，为了运用STM32F4的arm_math.h，咱们需求界说ARM_MATH_CM4；不然假如不运用CMSIS的库，就会调用Keil自带的math.h。

别的，界说操控项__CC_ARM在某些数学函数中会运用VSQRT指令（浮点运算指令），运算速度比Q指令要快许多。
总结一下，需求在Project->Options for target”XXXX”）中的C/C++选项卡的Preprocessor Symbols栏的Define中参加如下的句子：ARM_MATH_CM4, __FPU_PRESENT=1, __FPU_USED =1, __CC_ARM。

3、增加库
依据运用的器材和运算形式，增加arm_cortexMxx_math.lib到工程文件中，坐落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：假如存储空间不允许，也能够不增加库，只增加LibrariesCMSISDSP_LibSource中需求的源文件和arm_math.h。
其他DSP运用示例见LibrariesCMSISDSP_LibExamples。

下图所示为DSP_Lib的文件结构

BasicMathFunctions
供给浮点数的各种根本运算函数，如加减乘除等运算。关于M0/M3只能用Q运算，即文件夹下以_q7、_q15和_q31结束的文件；而M4F能直接硬件浮点核算，归于文件夹下以_f32结束的文件。
CommonTables
arm_common_tables.c文件供给位翻转或相关参数表。
ComplexMathFunctions
复述数学功用，如向量处理，求模运算的。
ControllerFunctions
操控功用，主要为PID操控函数。arm_sin_cos_f32/-q31.c函数供给360点正余弦函数表和恣意视点的正余弦函数值核算功用。
FastMathFunctions
快速数学功用函数，供给256点正余弦函数表和恣意恣意视点的正余弦函数值核算功用，和Q值开平方运算：
Arm_cos_f32/_q15/_q31.c：供给256点余弦函数表和恣意视点余弦值核算功用。
Arm_sin_f32/_q15/_q31.c：供给256点正弦函数表和恣意视点正弦值核算功用。
Arm_sqrt_q15/q31.c：供给迭代法核算平方根的函数。关于M4F的平方根运算，经过履行VSQRT指令完结。
FilteringFunctions
滤波函数功用，主要为FIR和LMS（最小均方根）滤波函数。
MatrixFunctions
矩阵处理函数。
StatisticsFunctions
核算功用函数，如求平均值、核算RMS、核算方差/规范差等。
SupportFunctions
支撑功用函数，如数据复制，Q格局和浮点格局彼此转化，Q恣意格局彼此转化。
TransformFunctions
改换功用。包含复数FFT（CFFT）/复数FFT逆运算（CIFFT）、实数FFT（RFFT）/实数FFT逆运算（RIFFT）、和DCT（离散余弦改换）和配套的初始化函数。