STM32学习记录20 FFT

前些日子，因为需要在STM32F103系列处理器上，对采集的音频信号进行FFT，所以花了一些时间来研究如何高效并精确的在STM32F103系列处理器上实现FFT。在网上找了很多这方面的资料做实验并进行比较，最终选择了使用STM32提供的DSP库这种方法。

本文将以一个实例来介绍如何使用STM32提供的DSP库函数进行FFT。

1.FFT运算效率

使用STM32官方提供的DSP库进行FFT，虽然在使用上有些不灵活（因为它是基4的FFT，所以FFT的点数必须是4^n），但其执行效率确实非常高效，看图1所示的FFT运算效率测试数据便可见一斑。该数据来自STM32DSP库使用文档。

图1FFT运算效率测试数据

由图1可见，在STM32F10x系列处理器上，如果使用72M的系统主频，进行64点的FFT运算，仅仅需要0.078ms而已。如果是进行1024点的FFT运算，也才需要2.138ms。

2.如何使用STM32提供的DSP库函数

2.1下载STM32的DSP库

大家可以从网上搜索下载得到STM32的DSP库，这里提供一个下载的地址：

https://my.st.com/public/STe2ecommunities/mcu/Lists/cortex_mx_stm32/DispForm.aspx?ID=30831&RootFolder=%2fpublic%2fSTe2ecommunities%2fmcu%2fLists%2fcortex%5fmx%5fstm32%2fSTM32F10x%20DSP%20library%2c%20where%20is%20it

2.2添加DSP库到自己的工程项目中

下载得到STM32的DSP库之后，就可以将其添加到自己的工程项目中了。

其中，inc文件夹下的stm32_dsp.h和table_fft.h两个文件是必须添加的。stm32_dsp.h是STM32的DSP库的头文件。

src文件夹下的文件可以有选择的添加（用到那个添加那个即可）。因为我只用到了256点的FFT，所以这里我只添加了cr4_fft_256_stm32.s文件。添加完成后的项目框架如图2所示。

图2项目框架

2.3模拟采样数据

根据采样定理，采样频率必须是被采样信号最高频率的2倍。这里，我要采集的是音频信号，音频信号的频率范围是20Hz到20KHz，所以我使用的采用频率是44800Hz。那么在进行256点FFT时，将得到44800Hz/256=175Hz的频率分辨率。

为了验证FFT运算结果的正确性，这里我模拟了一组采样数据，并将该采样数据存放到了long类型的lBufInArray数组中，且该数组中每个元素的高16位存储采样数据的实部，低16位存储采样数据的虚部(总是为0)。

为什么要这样做呢？是因为后面要调用STM32的DSP库函数，需要传入的参数规定了必须是这样的数据格式。

下面是具体的实现代码：

1 /******************************************************************2 函数名称:InitBufInArray()3 函数功能:模拟采样数据，采样数据中包含3种频率正弦波(350Hz，8400Hz，18725Hz)4 参数说明:5 备    注:在lBufInArray数组中，每个数据的高16位存储采样数据的实部，6           低16位存储采样数据的虚部(总是为0)7 作　　者:博客园 依旧淡然（http://www.cnblogs.com/menlsh/）8 *******************************************************************/9 void InitBufInArray()10 {11     unsigned short i;12     float fx;13     for(i=0; i
其中，NPT是采样点数256，PI2是2π（即6.28318530717959），Fs是采样频率44800。可以看到采样数据中包含了3种频率的正弦波，分别为350Hz，8400Hz和18725Hz。
2.4调用DSP库函数进行FFT
进行256点的FFT，只需要调用STM32DSP库函数中的cr4_fft_256_stm32()函数即可。该函数的原型为：
voidcr4_fft_256_stm32(void*pssOUT,void*pssIN,uint16_tNbin);
其中，参数pssOUT表示FFT输出数组指针，参数pssIN表示要进行FFT运算的输入数组指针，参数Nbin表示了点数。至于该函数的具体实现，因为是用汇编语言编写的，我也不懂，这里就不妄谈了。
下面是具体的调用实例：
cr4_fft_256_stm32(lBufOutArray,lBufInArray,NPT);
其中，参数lBufOutArray同样是一个long类型的数组，参数lBufInArray就是存放模拟采样数据的采样数组，NPT为采样点数256。
调用该函数之后，在lBufOutArray数组中就存放了进行FFT运算之后的结果数据。该数组中每个元素的数据格式为；高16位存储虚部，低16位存储实部。
2.5计算各次谐波幅值
得到FFT运算之后的结果数据之后，就可以计算各次谐波的幅值了。
下面是具体的实现代码：
1 /******************************************************************2 函数名称:GetPowerMag()3 函数功能:计算各次谐波幅值4 参数说明:5 备　　注:先将lBufOutArray分解成实部(X)和虚部(Y)，然后计算幅值(sqrt(X*X+Y*Y)6 作　　者:博客园 依旧淡然（http://www.cnblogs.com/menlsh/）7 *******************************************************************/8 void GetPowerMag()9 {10     signed short lX,lY;11     float X,Y,Mag;12     unsigned short i;13     for(i=0; i> 16;16         lY  = (lBufOutArray[i] >> 16);17         X = NPT * ((float)lX) / 32768;18         Y = NPT * ((float)lY) / 32768;19         Mag = sqrt(X * X + Y * Y) / NPT;20         if(i == 0)21             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 32768);22         else23             lBufMagArray[i] = (unsigned long)(Mag * 65536);24     }25 }