第17章 DSP功能函数-定点数互转
本期教程主要讲解功能函数中的Q7，Q15和Q31分别向其它类型数据转换。
17.1 初学者重要提示
17.2 DSP基础运算指令
17.3 定点数Q7转换
17.4 定点数Q15转换
17.5 定点数Q31转换
17.6 总结
17.1 初学者重要提示
- 浮点数的四舍五入处理：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95149 。
- C库的浮点数四舍五入函数round，roundf，round使用说明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=95156
17.2 DSP基础运算指令
本章用到的DSP指令在前面章节都已经讲解过。
17.3 定点数Q7转换
Q7转浮点数：
pDst[n] = (float32_t) pSrc[n] / 128; 0 <= n < blockSize.
Q7转Q31：
pDst[n] = (q31_t) pSrc[n] << 24; 0 <= n < blockSize.
Q7转Q15：
pDst[n] = (q15_t) pSrc[n] << 8; 0 <= n < blockSize.
17.3.1 函数arm_q7_to_float
函数原型：
void arm_q7_to_float(
const q7_t * pSrc,
float32_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于定点数Q7转浮点数。
函数参数：
- 第1个参数是源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数转换个数。
17.3.2 函数arm_q7_to_q31
函数原型：
void arm_q7_to_q31(
const q7_t * pSrc,
q31_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于定点Q7转定点数Q31。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
17.3.3 函数arm_q7_to_q15
函数原型：
void arm_q7_to_q15(
const q7_t * pSrc,
q15_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于定点数Q7转定点数Q15。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
17.3.4 使用举例
程序设计：
代码语言：javascript复制/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_Q7
* 功能说明: Q7格式数据向其它格式转换
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Q7(void)
{
float32_t pDst[10];
uint32_t pIndex;
q31_t pDst1[10];
q15_t pDst2[10];
q7_t pSrc[10];
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
pSrc[pIndex] = rand()8;
printf("pSrc[%d] = %drn", pIndex, pSrc[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q7_to_float(pSrc, pDst, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q7_to_float: pDst[%d] = %frn", pIndex, pDst[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q7_to_q31(pSrc, pDst1, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q7_to_q31: pDst1[%d] = %drn", pIndex, pDst1[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q7_to_q15(pSrc, pDst2, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q7_to_q15: pDst2[%d] = %drn", pIndex, pDst2[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
printf("******************************************************************rn");
}实验现象：
17.4 定点数Q15转换
Q15转浮点数：
pDst[n] = (float32_t) pSrc[n] / 32768; 0 <= n < blockSize.
Q15转Q31：
pDst[n] = (q31_t) pSrc[n] << 16; 0 <= n < blockSize.
Q15转Q7：
pDst[n] = (q7_t) pSrc[n] >> 8; 0 <= n < blockSize.
17.4.1 函数arm_q15_to_float
函数原型：
void arm_q15_to_float(
const q15_t * pSrc,
float32_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15转浮点数。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
17.4.2 函数arm_q15_to_q31
函数原型：
void arm_q15_to_q31(
const q15_t * pSrc,
q31_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15转定点数Q31。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
17.4.3 函数arm_q15_to_q7
函数原型：
void arm_q15_to_q7(
const q15_t * pSrc,
q7_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于定点数Q15转定点数Q7。
函数参数：
- 第1个参数源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的次数。
17.4.4 使用举例
程序设计：
代码语言：javascript复制/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_Q15
* 功能说明: Q15格式数据向其它格式转换
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Q15(void)
{
float32_t pDst[10];
uint32_t pIndex;
q31_t pDst1[10];
q15_t pSrc[10];
q7_t pDst2[10];
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
pSrc[pIndex] = rand()2678;
printf("pSrc[%d] = %drn", pIndex, pSrc[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q15_to_float(pSrc, pDst, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q15_to_float: pDst[%d] = %frn", pIndex, pDst[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q15_to_q31(pSrc, pDst1, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q15_to_q31: pDst1[%d] = %drn", pIndex, pDst1[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q15_to_q7(pSrc, pDst2, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q15_to_q7: pDst2[%d] = %drn", pIndex, pDst2[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
printf("******************************************************************rn");
}实验现象：
17.5 定点数Q31转换
Q31转浮点数：
pDst[n] = (float32_t) pSrc[n] / 2147483648; 0 <= n < blockSize.
Q31转Q15：
pDst[n] = (q15_t) pSrc[n] >> 16; 0 <= n < blockSize.
Q31转Q7：
pDst[n] = (q7_t) pSrc[n] >> 24; 0 <= n < blockSize.
17.5.1 函数arm_q31_to_float
函数原型：
void arm_q31_to_float(
const q31_t * pSrc,
float32_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
这个函数用于32位定点数转浮点数。
函数参数：
- 第1个参数是源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换个数。
17.5.2 函数arm_q31_to_q15
函数原型：
void arm_q31_to_q15(
const q31_t * pSrc,
q15_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
用于32位定点数转16位定点数。
函数参数：
- 第1个参数是源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的数据个数。
17.5.3 函数arm_q31_to_q7
函数原型：
void arm_q31_to_q7(
const q31_t * pSrc,
q7_t * pDst,
uint32_t blockSize)
函数描述：
用于32位定点数转8位定点数。
函数参数：
- 第1个参数是源数据地址。
- 第2个参数是转换后的数据地址。
- 第3个参数是转换的数据个数。
17.5.4 使用举例
程序设计：
代码语言：javascript复制/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: DSP_Q31
* 功能说明: Q31格式数据向其它格式转换
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Q31(void)
{
float32_t pDst[10];
uint32_t pIndex;
q31_t pSrc[10];
q15_t pDst1[10];
q7_t pDst2[10];
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
pSrc[pIndex] = rand();
printf("pSrc[%d] = %drn", pIndex, pSrc[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q31_to_float(pSrc, pDst, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q31_to_float: pDst[%d] = %frn", pIndex, pDst[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q31_to_q15(pSrc, pDst1, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q31_to_q15: pDst1[%d] = %drn", pIndex, pDst1[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
arm_q31_to_q7(pSrc, pDst2, 10);
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex )
{
printf("arm_q31_to_q7: pDst2[%d] = %drn", pIndex, pDst2[pIndex]);
}
/*****************************************************************/
printf("******************************************************************rn");
}实验现象：
17.6 实验例程说明（MDK）
配套例子：
V6-212_DSP功能函数（定点数互转）
实验目的：
- 学习DSP功能函数（定点数互转）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印Q7转换其它数据格式。
- 按下按键K2, 串口打印Q15转换其它数据格式。
- 按下按键K3, 串口打印Q31转换其它数据格式。
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.4 4.4，5.4小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
代码语言：javascript复制/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到168MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder：
- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印Q7转换其它数据格式。
- 按下按键K2, 串口打印Q15转换其它数据格式。
- 按下按键K3, 串口打印Q31转换其它数据格式。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，Q7转换其它数据格式 */
DSP_Q7();
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，Q15转换其它数据格式 */
DSP_Q15();
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，Q31转换其它数据格式 */
DSP_Q31();
break;
default:
/* 其他的键值不处理 */
break;
}
}
}
}17.7 实验例程说明（IAR）
配套例子：
V6-212_DSP功能函数（定点数互转）
实验目的：
- 学习DSP功能函数（定点数互转）
实验内容：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印Q7转换其它数据格式。
- 按下按键K2, 串口打印Q15转换其它数据格式。
- 按下按键K3, 串口打印Q31转换其它数据格式。
上电后串口打印的信息：
波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。
详见本章的3.4 4.4，5.4小节。
程序设计：
系统栈大小分配：
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：
代码语言：javascript复制/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到168MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder：
- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitExtIO(); /* 初始化扩展IO */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}主功能：
主程序实现如下操作：
- 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
- 按下按键K1, 串口打印Q7转换其它数据格式。
- 按下按键K2, 串口打印Q15转换其它数据格式。
- 按下按键K3, 串口打印Q31转换其它数据格式。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下，Q7转换其它数据格式 */
DSP_Q7();
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下，Q15转换其它数据格式 */
DSP_Q15();
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下，Q31转换其它数据格式 */
DSP_Q31();
break;
default:
/* 其他的键值不处理 */
break;
}
}
}
}17.8 总结
本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究这些函数源码的实现。
