Оглавление

1.         Обзор ядра! 2

2.         ARM Cortex – M4  3

3.         DSP-параметры   4

3.1.       Характеристики ядра Cortex-M4  4

4.         16-бит DSP-инструкции в Cortex-M4  5

5.         32-бит DSP-инструкции в Cortex-M4  5

6.         Проигрывание  5

7.         Модуль MAC   7

8.         1-цикловой MAC в Cortex-M4  7

9.         Арифметика насыщения (saturated) 7

10.     Инструкции SIMD   8

11.     Пакетирование данных  8

12.     Бесплатная DSP lib от ARM   10

13.     Функции DSP lib  10

14.     Инструменты   10

15.     Floating Point Unit 11

16.     Использование FPU   12

17.     Пример кода на C   13

18.     Производительность  14

19.     Программные средства  16

20.     Используемые материалы   16

1.     Обзор ядра!

STM32 F4 – Cortex M4

2.    ARM Cortex – M4

Бинарная совместимость ядер Cortex- M

Сравнение ядер Cortex–M                

3.    DSP-параметры

3.1.          Характеристики ядра Cortex-M4

·        Архитектура ARMv7-ME

·        Полная совместимость с Cortex–M3

·        Модуль MAC (Single-cycle multiply-accumulate)

·        Оптимизированные инструкции SIMD (single instruction multiple data )

·        Инструкции насыщения (Saturating)

·        Модуль Floating–Point Unit одинарной точности (FPU), опционально

·        Аппаратное деление (2-12 цикла), также как в Cortex–M3

4.    16-бит DSP-инструкции в Cortex-M4

·        Использование DSP инструкций в задачах с 16-бит данными

·        Cortex–M4 имеет преимущество от 30% до 70%

5.    32-бит DSP-инструкции в Cortex-M4

·        Использование DSP инструкций в задачах с 32-бит данными

·        Cortex–M4 имеет преимущество от 25% до 60%

6.     Проигрывание

Необходимая частота в МГц для декодирования MP3

7.    Модуль MAC

·        Модуль умножения позволяет выполнить за 1 цикл инструкции MUL или MAC:

o   Signed/Unsigned Multiply

o   Signed/Unsigned Multiply-Accumulate

o   Signed/Unsigned Multiply-Accumulate Long (64-бит)

·        Возможности:

o   2 операции 32-бит MAC

o   До 7 операции 8-бит MAC

o   4 операции 16-бит MAC (двойной 16-бит MAC)

8.    1-цикловой MAC в Cortex-M4

Все вышеперечисленный операции выполняются за 1 цикл на Cortex–M4

9.    Арифметика насыщения (saturated)

·        Предотвращение переполнения переменных отсечением мин/макс границ и снижение нагрузки на ядро

·        Пример

o   Аудио-приложения

10.         Инструкции SIMD

·        Single Instruction Multiple Data

·        Оперирование пакетированными данными (packed data)

·        Параллельная работа с несколькими операндами 8-бит или 16-бит данных

o   двойной 16-бит MAC (Результат = 16 x 16 + 16 x 16 + 32)

·        Преимущества

o   Параллельность операций

o   Минимизация количества инструкций загрузки/хранения для обмена между памятью и банком регистров, 2 или 4 транзакции данных за 1 цикл, если нет необходимости в 32-бит данных

11.         Пакетирование данных

·        Байт или 2 байта пакетируются в слова

·        Более эффективный доступ к структурам данных

·        Использование SIMD-инструкций

·        Инструкции капсуляции и инкапсуляции данных

12.       Бесплатная DSP lib от ARM

·        DSP библиотека для Cortex-M4

o   Быстрое освоение

o   Абстракция от низкоуровневого программирования

·        Анализ конкурентных режимов при одинаковых условиях

·        Ускорение использования наработок сторонних производителей

·        Простота использования для полшьзователя

o   Минимальный барьер – простота освоения и использования

·        Одна стандартная библиотека – во всех проектах

o   ARValueM библиотека DSP + ваше приложение

o   Использование совместно с другими средствами проектирования – матлаб и т.д.

13.         Функции DSP lib

·        Базовая математика – векторная математика

·        Быстрые тригоном. функции sin, cos, sqrt и т.д.

·        Интерполяция – линейная, билинейная

·        Комплексная математика

·        Статистика – макс, мин, и т.д.

·        Фильтрация – IIR, FIR, LMS и т.д.

·        Преобразования – БПФ и т.д.

·        Функции для работы с матрицами

·        ПИД – контроллер

·        Поддержка функций – копия/заполнение массивов, конвертирование типов данных

14.         Инструменты

·        Matlab / Simulink

o   Генрация готового кода

o   Mathworks

o   В разработке (возможно в конце года)

o   Aimagin (Rapidstm32)

·        Дизайн фильтров

o   Очень много продуктов, большинство платные:

o   http://www.dspguru.com/dsp/links/digital-filter-design-software

15.         Floating Point Unit

FPU : Floating Point Unit

Стандартизирован IEEE.754-2008

o   Количество форматов

o   Арифметические операции

o   Количество преобразований

o   Определение значений

o   режима округления

o   исключений

ARM Cortex-M FPU ISA

·        Поддержка

o   Add, subtract, multiply, divide

o   Умножение и аккумулирование Вычисление квадратного корня

16.         Использование FPU

17.         Пример кода на C

18.         Производительность

Сравнение времени выполнения КИХ – фильтра по 29 коэффициентам(32 бита) с и без FPU (Библиотека CMSIS)

19.          Программные средства

·        Доступны с www.st.com/mcu

·        C source code for easy implementation of all STM32 peripherals in any application

·        Стандартная библиотека – открытые исходники для всей периферии STM32

·        Библиотека Motor Control – векторный контроль на основе датчиков для 3х фазных бесщеточных двигателей

·        DSP библиотека – PID, IIR, FFT, FIR (бесплатно)

·        Аудио библиотека – MP3/WMA декодер, контроль громкости, эквалайзер

·        (бесплатно с лицензиоонными ограничениями).

20.         Используемые материалы

Материалы взяты из статьи:

http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2012/10/STM32F4-YAdro-Cortex-M4.pdf