GD32F4XX的测试笔记（2）（调用DSP的FFT算法）

上周实现串口通信和打印字符串功能，这周一开始的工作是先了解整个硬件已有管脚的定义，进行记录和实验；再了解串口实现数据传输的原理；最后导入算法库进行实验，主要以FFT为主，后面会对更多的算法库中函数进行实验。

软件工具：Keil4，STM32 ST-LINK Utility，串口工具，SerialPlot绘图串口工具
硬件工具：GD32F450ZGT6开发板，ST-Link编译器

1.按键和开关

LED1	LED2	S4	S5
电源开关指示灯	PC00（可以用来测试）	PC01（可以用来测试）	reset按键

2.实时绘图串口数据

2.1有关串口配置的函数

随着学习也慢慢发现：之前阅读当很多涉及到寄存器层面不用太多关注了，最重要的是了解头文件下的函数含义。这里总结了在串口配置函数和串口读写数据的函数：

第一个函数是给串口设置最高的优先级，以免被占用
第二个函数很简单，已经配置完成，可以直接使用。
第三四个函数是给串口设置模式：

    /* USART interrupt configuration */
    nvic_irq_enable(USART0_IRQn, 0, 0);
    
    /* configure EVAL_COM0 */
    gd_eval_com_init(EVAL_COM0);
    
    /* enable USART0 receive interrupt */
    usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_RBNE);
    
    /* enable USART0 transmit interrupt */
    usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_TBE);
    //第二个参数通过上图得到如下：
      \arg        USART_INT_PERR: parity error interrupt
      \arg        USART_INT_TBE: transmitter buffer empty interrupt
      \arg        USART_INT_TC: transmission complete interrupt
      \arg        USART_INT_RBNE: read data buffer not empty interrupt and overrun error interrupt
      \arg        USART_INT_IDLE: IDLE line detected interrupt
      \arg        USART_INT_LBD: LIN break detected interrupt
      \arg        USART_INT_ERR: error interrupt
      \arg        USART_INT_CTS: CTS interrupt
      \arg        USART_INT_RT: interrupt enable bit of receive timeout event
      \arg        USART_INT_EB: interrupt enable bit of end of block event

配置过后，tx_buffer就表示MCU通过串口传输给PC的数据，rx_buffer存储PC返回串口的数据/变量。他们二者记录数据逐一从缓存区传输出去，从而当缓存区数据空时表示当前操作完成。
拿传输数据为例，nbr_data_to_send为传输数据的数目，当tx_counter增加至nbr_data_to_send时表示完成传输，停止等待。

/* wait until USART0 send the tx_buffer */
    while(tx_counter < nbr_data_to_send){
    }

那tx_counter是为什么会主动实现逐一加一呢？通过查找头文件，发现这两个变量的运作主要通过以下函数。前一个if语句表示，当USART_INT_FLAG_RBNE（接收到的数据可以读取）标志作为中断，也就意味着打开了数据传输的中断，则进入判断，再逐一将rx_buffer值送入USART0，所以这里也能解释为什么这两个变量会主动加一。第二个if语句同理操作tx_counter。

void USART0_IRQHandler(void)
{
    if((RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_RBNE)) && 
       (RESET != usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_RBNE))){
        /* Read one byte from the receive data register */
        rx_buffer[rx_counter++] = (uint8_t)usart_data_receive(USART0);

        if(rx_counter >= nbr_data_to_read){
            /* disable the USART0 receive interrupt */
            usart_interrupt_disable(USART0, USART_INT_RBNE);
        }
    }
       
    if((RESET != usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE)) && 
       (RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_TBE))){
        /* Write one byte to the transmit data register */
        usart_data_transmit(USART0, tx_buffer[tx_counter++]);

        if(tx_counter >= nbr_data_to_send){
            /* disable the USART0 transmit interrupt */
            usart_interrupt_disable(USART0, USART_INT_TBE);
        }
    }
}

2.2 串口工具

https://github.com/hyOzd/serialplot
这里实验了一下输入一段2048点的数据，再将串口配置调成和代码一致（波特率，数据格式等）：


再将keil程序的tx_buffer设置成官方算法库的一个数据库（2048个点），烧入MCU，实时绘图串口得到数据如下图：

这里拿MATLAB验证了一下：

3.FFT实验

3.1 导入DSP算法库

在官网中下载官方DSP算法库，只需要导入.lib文件。此文件包含了所有算法库头文件，只需要在前面包含头文件即可。

#include "arm_math.h"
#include "arm_const_structs.h"

3.2 添加宏定义

添加：USE_STDPERIPH_DRIVER,GD32F450,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING
（英文逗号隔开）

3.3 调用算法库函数

需要调用三个主要的函数：
第一个函数是做fft，第二个函数是将结果求幅值，第三个函数是寻找频谱最高峰及其位置。
算法库的函数说明都可以在HTML格式网页找到函数说明：

… \en.stsw-stm32065_v1-9-0_v1.9.0\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.9.0\Libraries\CMSIS\index.HTML

  /* Process the data through the CFFT/CIFFT module */
  arm_cfft_f32(&arm_cfft_sR_f32_len1024, testInput, ifftFlag, doBitReverse);

  /* Process the data through the Complex Magnitude Module for
  calculating the magnitude at each bin */
  arm_cmplx_mag_f32(testInput, tx_buffer, fftSize);

  /* Calculates maxValue and returns corresponding BIN value */
  arm_max_f32(tx_buffer, fftSize, &maxValue, &testIndex);

3.4 生成数据进行计算，将输出数据存入tx_buffer(缓存区）

第一步：生成数据testInput：三个谐波分量和一个直流分量；并且需要定义输出数据数组tx_buffer。输入数据是以奇数为实部，偶数为虚部保存。在这里，所以偶数项设为零，即虚部全为零。

	for(int i=0; i<FFT_LENGTH; i++)
{
testInput[2*i]=10+10*arm_sin_f32(2*PI*i*10/FFT_LENGTH)+10*arm_sin_f32(2*PI*i*50/FFT_LENGTH)+10*arm_cos_f32(2*PI*i*300/FFT_LENGTH);
testInput[2*i+1]=0;
}

float32_t tx_buffer[TEST_LENGTH_SAMPLES/2];

第二步：带入上述的三个函数

第三步：打开传输中断，等待数据缓冲区通过串口到PC

    /* enable USART0 transmit interrupt */
    usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_TBE);

    /* wait until USART0 send the tx_buffer */
    while(tx_counter < nbr_data_to_send){
    }

3.5 绘图串口显示

3.6 数据以字符串的形式显示或存储

只需要将打开中断程序注释掉，添加循环打印的程序：

	for(int i=0;i<1024;i++)
	{
		printf(" %f",tx_buffer[i]);
	}

如红色箭头所示，验证了寻找数组中最大值的函数。再用MATLAB画出输出数据：

频率点位置也分别在1 11 51 301，并且直流分量是谐波分量的两倍。

4.记录错误

4.1 error: #268

error: #268： declaration may not appear after executable statement in block

for(int i=0;i<1024;i++)

此错误中文意思：声明不能在可执行语句后出现。
C89不支持在函数内定义，需要使用C99
而keil 默认编译标准是C89，解决方法：

4.2 printf打印出错

原因一：
printf程序写在所以配置后
原因二：
需要加入以下函数用于打印：

/* retarget the C library printf function to the USART */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    usart_data_transmit(EVAL_COM0, (uint8_t)ch);
    while(RESET == usart_flag_get(EVAL_COM0, USART_FLAG_TBE));
    return ch;
}

4.3 error: #169

expected a declaration

原因一：
注释符//，（）需要在英文下输入
原因二：
有些语句一定要在主函数下进行

4.4 warning:#47-D

重复定义，可能在其他文件下已经定义过了，需要删一个，最好删除主程序的，尽量不动头文件。

5 下周任务

调用其他算法库的其他函数，尽量把常用的函数都过一遍