第19章 MatrixFunctions的使用（一）

    本期教程主要讲解矩阵运算中的初始化，加法，逆矩阵和减法。

    19.1 矩阵初始化MatInit

    19.2 矩阵加法MatAdd

    19.3 逆矩阵MatInverse

    19.4 矩阵减法MatSub

    19.5 总结

函数定义如下：

void arm_mat_init_f32(

  arm_matrix_instance_f32 * S,

  uint16_t nRows,

  uint16_t nColumns,

  float32_t * pData)

参数定义：

[in,out] *S         pointsto an instance of the floating-point matrix structure.   

[in]     nRows   number of rows in the matrix.   

[in]     nColumns number of columns in thematrix.   

[in]     *pData     points to the matrix data array.  

注意事项：

1.    arm_matrix_instance_f32的结构体定义如下（在文件arm_math.h文件里面）：

typedefstruct

      {

        uint16_t numRows;     // number of rows of the matrix.

        uint16_t numCols;      //number of columns of the matrix.

        float32_t *pData;       // points to the data of the matrix.

      } arm_matrix_instance_f32;

函数定义如下：

void arm_mat_init_q31(

  arm_matrix_instance_q31 * S,

  uint16_t nRows,

  uint16_t nColumns,

  q31_t * pData)

参数定义：

[in,out] *S         pointsto an instance of the floating-point matrix structure.   

[in]     nRows   number of rows in the matrix.   

[in]     nColumns number of columns in thematrix.   

[in]     *pData     points to the matrix data array.  

注意事项：

1.    arm_matrix_instance_q31的结构体定义如下（在文件arm_math.h文件里面）：

typedefstruct

      {

        uint16_t numRows;     // number of rows of the matrix.

        uint16_t numCols;      //number of columns of the matrix.

        q31_t  *pData;       //points to the data of the matrix.

      } arm_matrix_instance_q31;

函数定义如下：

void arm_mat_init_q15(

  arm_matrix_instance_q15 * S,

  uint16_t nRows,

  uint16_t nColumns,

  q15_t * pData)

参数定义：

[in,out] *S         pointsto an instance of the floating-point matrix structure.   

[in]     nRows   number of rows in the matrix.   

[in]     nColumns number of columns in thematrix.   

[in]     *pData     points to the matrix data array.  

注意事项：

1.    arm_matrix_instance_q15的结构体定义如下（在文件arm_math.h文件里面）：

typedefstruct

      {

        uint16_t numRows;     // number of rows of the matrix.

        uint16_t numCols;      //number of columns of the matrix.

        q15_t  *pData;       //points to the data of the matrix.

      } arm_matrix_instance_q15;

实验目的：

    1. 学习MatrixFunctions中矩阵的初始化

实验内容：

           1. 按下按键K1, 串口打印函数DSP_MatInit的输出结果

实验现象：

           通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: DSP_MatInit
   
4. *    功能说明: 矩阵数据初始化
   
5. *    形    参：无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. static void DSP_MatInit(void)
   
10. {
    
11.      uint8_t i;
    
12. 
    
13.      /****浮点数数组******************************************************************/
    
14.      float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
    
15.    
    
16.      arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据
    
17.      arm_matrix_instance_f32 pDst;
    
18.    
    
19.      /****定点数Q31数组******************************************************************/
    
20.      q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
21.    
    
22.      arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据
    
23.      arm_matrix_instance_q31 pDst1;
    
24.    
    
25.      /****定点数Q15数组******************************************************************/
    
26.      q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
27.    
    
28.      arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据
    
29.      arm_matrix_instance_q15 pDst2;
    
30.    
    
31.      /****浮点数***********************************************************************/
    
32.      printf("****浮点数******************************************\r\n");
    
33.      arm_mat_init_f32(&pSrcA, 3,3, pDataA);
    
34.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
35.      {
    
36.          printf("pDataA[%d] = %f\r\n", i, pDataA[i]);
    
37.      }
    
38.    
    
39.      /****定点数Q31***********************************************************************/
    
40.      printf("****浮点数******************************************\r\n");
    
41.      arm_mat_init_q31(&pSrcA1, 3,3, pDataA1);
    
42.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
43.      {
    
44.          printf("pDataA1[%d] = %d\r\n", i, pDataA1[i]);
    
45.      }
    
46.    
    
47.      /****定点数Q15***********************************************************************/
    
48.      printf("****浮点数******************************************\r\n");
    
49.      arm_mat_init_q15(&pSrcA2, 3,3, pDataA2);
    
50.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
51.      {
    
52.          printf("pDataA2[%d] = %d\r\n", i, pDataA2[i]);
    
53.      }
    
54.    
    
55. }

19.2   矩阵加法 MatAdd
19.2.1  arm_mat_add_f32

公式描述（以3*3矩阵为例进行说明）：

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_f32(

  const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,

  const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,

  arm_matrix_instance_f32 * pDst)

参数定义：

[in]    *pSrcA   points to the first input matrixstructure        

[in]    *pSrcB  points to the second input matrixstructure        

[out]   *pDst   points to output matrix structure        

return              Thefunction returns either     

注意事项：

1.    pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2.    矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q31(

  const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,

  const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,

  arm_matrix_instance_q31 * pDst)

参数定义：

[in]    *pSrcA   points to the first input matrixstructure        

[in]    *pSrcB  points to the second input matrixstructure        

[out]   *pDst   points to output matrix structure        

return              Thefunction returns either     

注意事项：

1.    pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2.    矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q15(

  const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,

  const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,

  arm_matrix_instance_q15 * pDst)

参数定义：

[in]    *pSrcA   points to the first input matrixstructure        

[in]    *pSrcB  points to the second input matrixstructure        

[out]   *pDst   points to output matrix structure        

return              Thefunction returns either     

注意事项：

1.    pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2.    矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

实验目的：

    1. 学习MatrixFunctions中矩阵的加法

实验内容：

       1. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_MatAdd的输出结果

实验现象：

       通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: DSP_MatAdd
   
4. *    功能说明: 矩阵求和
   
5. *    形    参：无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. static void DSP_MatAdd(void)
   
10. {
    
11.      uint8_t i;
    
12.    
    
13.      /****浮点数数组******************************************************************/
    
14.      float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
    
15.      float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
    
16.      float32_t pDataDst[9];
    
17.    
    
18.      arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据
    
19.      arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据
    
20.      arm_matrix_instance_f32 pDst;
    
21.    
    
22.      /****定点数Q31数组******************************************************************/
    
23.      q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
24.      q31_t pDataB1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
25.      q31_t pDataDst1[9];
    
26.    
    
27.      arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据
    
28.      arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据
    
29.      arm_matrix_instance_q31 pDst1;
    
30.    
    
31.      /****定点数Q15数组******************************************************************/
    
32.      q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
33.      q15_t pDataB2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
34.      q15_t pDataDst2[9];
    
35.    
    
36.      arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据
    
37.      arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据
    
38.      arm_matrix_instance_q15 pDst2;
    
39.    
    
40.      /****浮点数***********************************************************************/
    
41.      pSrcA.numCols = 3;
    
42.      pSrcA.numRows = 3;
    
43.      pSrcA.pData = pDataA;
    
44.    
    
45.      pSrcB.numCols = 3;
    
46.      pSrcB.numRows = 3;
    
47.      pSrcB.pData = pDataB;
    
48.    
    
49.      pDst.numCols = 3;
    
50.      pDst.numRows = 3;
    
51.      pDst.pData = pDataDst;
    
52.    
    
53.      printf("****浮点数******************************************\r\n");
    
54.      arm_mat_add_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);
    
55.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
56.      {
    
57.          printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]);
    
58.      }
    
59.    
    
60.    
    
61.      /****定点数Q31***********************************************************************/
    
62.      pSrcA1.numCols = 3;
    
63.      pSrcA1.numRows = 3;
    
64.      pSrcA1.pData = pDataA1;
    
65.    
    
66.      pSrcB1.numCols = 3;
    
67.      pSrcB1.numRows = 3;
    
68.      pSrcB1.pData = pDataB1;
    
69.    
    
70.      pDst1.numCols = 3;
    
71.      pDst1.numRows = 3;
    
72.      pDst1.pData = pDataDst1;
    
73.    
    
74.      printf("****定点数Q31******************************************\r\n");
    
75.      arm_mat_add_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);
    
76.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
77.      {
    
78.          printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]);
    
79.      }
    
80.    
    
81.    
    
82.      /****定点数Q15***********************************************************************/
    
83.      pSrcA2.numCols = 3;
    
84.      pSrcA2.numRows = 3;
    
85.      pSrcA2.pData = pDataA2;
    
86.    
    
87.      pSrcB2.numCols = 3;
    
88.      pSrcB2.numRows = 3;
    
89.      pSrcB2.pData = pDataB2;
    
90.    
    
91.      pDst2.numCols = 3;
    
92.      pDst2.numRows = 3;
    
93.      pDst2.pData = pDataDst2;
    
94.    
    
95.      printf("****定点数Q15******************************************\r\n");
    
96.      arm_mat_add_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2);
    
97.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
98.      {
    
99.          printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]);
    
100.      }
     
101.    
     
102. }

1.    矩阵的加法从C语言的实现上来看，比较的容易，下面通过Matlab来求解矩阵和（在命令窗口输入）。

19.4  矩阵减法 MatSub
19.4.1  arm_mat_sub_f32

公式描述（以3*3矩阵为例进行说明）：

函数定义如下：

arm_status arm_mat_sub_f32(

  const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,

  const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,

  arm_matrix_instance_f32 * pDst)

参数定义：

[in]    *pSrcA   points to the first input matrixstructure        

[in]    *pSrcB  points to the second input matrixstructure        

[out]   *pDst   points to output matrix structure        

return              Thefunction returns either     

注意事项：

1.    pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2.    矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q31(

  const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,

  const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,

  arm_matrix_instance_q31 * pDst)

参数定义：

[in]    *pSrcA   points to the first input matrixstructure        

[in]    *pSrcB  points to the second input matrixstructure        

[out]   *pDst   points to output matrix structure        

return              Thefunction returns either     

注意事项：

1.    pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2.    矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q15(

  const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,

  const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,

  arm_matrix_instance_q15 * pDst)

参数定义：

[in]    *pSrcA   points to the first input matrixstructure        

[in]    *pSrcB  points to the second input matrixstructure        

[out]   *pDst   points to output matrix structure        

return              Thefunction returns either     

注意事项：

1.    pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2.    矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

实验目的：

1. 学习MatrixFunctions中矩阵的加法

实验内容：

       1. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_MatAdd的输出结果

实验现象：

       通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: DSP_MatSub
   
4. *    功能说明: 矩阵减法
   
5. *    形    参：无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. static void DSP_MatSub(void)
   
10. {
    
11.      uint8_t i;
    
12.    
    
13.      /****浮点数数组******************************************************************/
    
14.      float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
    
15.      float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
    
16.      float32_t pDataDst[9];
    
17.    
    
18.      arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据
    
19.      arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据
    
20.      arm_matrix_instance_f32 pDst;
    
21.    
    
22.      /****定点数Q31数组******************************************************************/
    
23.      q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
24.      q31_t pDataB1[9] = {2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2};
    
25.      q31_t pDataDst1[9];
    
26.    
    
27.      arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据
    
28.      arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据
    
29.      arm_matrix_instance_q31 pDst1;
    
30.    
    
31.      /****定点数Q15数组******************************************************************/
    
32.      q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
    
33.      q15_t pDataB2[9] = {2, 2, 2, 2, 23, 2, 2, 2, 2};
    
34.      q15_t pDataDst2[9];
    
35.    
    
36.      arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据
    
37.      arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据
    
38.      arm_matrix_instance_q15 pDst2;
    
39.    
    
40.      /****浮点数***********************************************************************/
    
41.      pSrcA.numCols = 3;
    
42.      pSrcA.numRows = 3;
    
43.      pSrcA.pData = pDataA;
    
44.    
    
45.      pSrcB.numCols = 3;
    
46.      pSrcB.numRows = 3;
    
47.      pSrcB.pData = pDataB;
    
48.    
    
49.      pDst.numCols = 3;
    
50.      pDst.numRows = 3;
    
51.      pDst.pData = pDataDst;
    
52.    
    
53.      printf("****浮点数******************************************\r\n");
    
54.      arm_mat_sub_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);
    
55.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
56.      {
    
57.          printf("pDataDst[%d] = %f\r\n", i, pDataDst[i]);
    
58.      }
    
59.    
    
60.    
    
61.      /****定点数Q31***********************************************************************/
    
62.      pSrcA1.numCols = 3;
    
63.      pSrcA1.numRows = 3;
    
64.      pSrcA1.pData = pDataA1;
    
65.    
    
66.      pSrcB1.numCols = 3;
    
67.      pSrcB1.numRows = 3;
    
68.      pSrcB1.pData = pDataB1;
    
69.    
    
70.      pDst1.numCols = 3;
    
71.      pDst1.numRows = 3;
    
72.      pDst1.pData = pDataDst1;
    
73.    
    
74.      printf("****定点数Q31******************************************\r\n");
    
75.      arm_mat_sub_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);
    
76.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
77.      {
    
78.          printf("pDataDst1[%d] = %d\r\n", i, pDataDst1[i]);
    
79.      }
    
80.    
    
81.    
    
82.      /****定点数Q15***********************************************************************/
    
83.      pSrcA2.numCols = 3;
    
84.      pSrcA2.numRows = 3;
    
85.      pSrcA2.pData = pDataA2;
    
86.    
    
87.      pSrcB2.numCols = 3;
    
88.      pSrcB2.numRows = 3;
    
89.      pSrcB2.pData = pDataB2;
    
90.    
    
91.      pDst2.numCols = 3;
    
92.      pDst2.numRows = 3;
    
93.      pDst2.pData = pDataDst2;
    
94.    
    
95.      printf("****定点数Q15******************************************\r\n");
    
96.      arm_mat_sub_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2);
    
97.      for(i = 0; i < 9; i++)
    
98.      {
    
99.          printf("pDataDst2[%d] = %d\r\n", i, pDataDst2[i]);
    
100.      }
     
101.    
     
102. }

1.    矩阵的减法从C语言的实现上来看，比较的容易，下面通过Matlab来求解矩阵和（在命令窗口输入）。

19.5        总结
本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究下算法的具体实现。