【MM32F5270开发板试用】使用CMSIS DSP库实现自适应滤波器

MM32F5270使用CMSIS DSP库实现自适应滤波器

首先感谢极术社区和灵动微电子给的开发板试用机会，本次开发环境为win+keil v5.37+cmsis5.7。 先开箱看看开发板的颜值，可以看到开发板的外设还是很丰富的。

一、mindsdk使用

首先登录mindsdk，网址为https://mindsdk.mindmotion.co...，首次登录需要先注册。

接着选择对应的工具链和开发板。

接着下载生成的工程压缩包。

解压后可以看到文件夹内部的结构，大致包括demo例程，hal库，外设应用，启动文件等。

二、cmsis dsp库使用

Common Microcontroller Software Interface Standard (CMSIS) 是一个独立于供应商的抽象层，适用于基于 Arm Cortex 处理器的微控制器。其下包括许多组件，dsp包就是其中一个，包括常规的数字信号处理函数，支持dsp硬件。

由于最新的cmsis进行了改版，新版本中的dsp库没有预编译的lib，使用起来暂时比较麻烦，这次使用v5.7版本进行演示。在keil中首先打开pack install 安装5.7版本的cmsis。

在工程管理中加入以下文件，包括Lib中的arm_ARMv8MMLldfsp_math.lib和Include中包括arm_math.h所有文件，我的路径如下。

三、LMS 最小均方自适应滤波器实现

LMS 最小均方自适应滤波器能够"学习"未知的传输特性。 LMS 滤波器使用梯度下降方法，根据瞬时错误信号更新滤波系数。自适应滤波器常用于通信系统、均衡器和降噪。

自适应滤波器的主要通过下面两个函数实现，支持逐点实时滤波。
函数 arm_lms_norm_init_f32：此函数用于自适应滤波器初始化。

void arm_lms_norm_init_f32(
arm_lms_norm_instance_f32 * S,
uint16_t numTaps,
float32_t * pCoeffs,
float32_t * pState,
float32_t mu,
uint32_t blockSize);

函数 arm_lms_norm_f32:此函数用于自适应滤波器实时滤波。

void arm_lms_norm_f32(
arm_lms_norm_instance_f32 * S,
const float32_t * pSrc,
float32_t * pRef,
float32_t * pOut,
float32_t * pErr,
uint32_t blockSize);

我们直接使用plus-f5270_mdk\demo_apps\basic\hello_world的例程进行开发，main.c更改如下：

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

#define TEST_LENGTH_SAMPLES  2048  
#define BLOCK_SIZE           2048    
#define NUM_TAPS             20   

uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE; 
uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;           

static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]={0}; 
static float32_t testInput_f32_REF[TEST_LENGTH_SAMPLES]={0};        
static float32_t test_f32_ERR[TEST_LENGTH_SAMPLES]={0};           
static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES]={0};              
static float32_t lmsStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1]={0};    
static float32_t lmsCoeffs32[NUM_TAPS] = {0};                      
float32_t testInput50Hz_200Hz;
float32_t testOutput1;

void arm_lms_f32_test1(void)
{
    uint32_t i;
    float32_t  *inputF32, *outputF32, *inputREF, *outputERR;
    arm_lms_norm_instance_f32 lmsS={0};

    
    for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    {

        testInput_f32_50Hz_200Hz[i] = arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000) + arm_sin_f32(2*3.1415926f*200*i/1000);
        testInput_f32_REF[i] =  arm_sin_f32(2*3.1415926f*50*i/1000);
    }
    

    memset(lmsCoeffs32,0,sizeof(lmsCoeffs32));
    memset(lmsStateF32,0,sizeof(lmsStateF32));    


    inputF32 = (float32_t *)&testInput_f32_50Hz_200Hz[0]; 
    outputF32 = (float32_t *)&testOutput[0];              
    inputREF = (float32_t *)&testInput_f32_REF[0];        
    outputERR = (float32_t *)&test_f32_ERR[0];             
 
    

    arm_lms_norm_init_f32 (&lmsS,                         
                           NUM_TAPS,                      
                            (float32_t *)&lmsCoeffs32[0], 
                            &lmsStateF32[0],              
                            0.1,                          
                            blockSize);                   



    /* ʵÏÖLMS×ÔÊÊÓ¦Â˲¨£¬ÕâÀïÿ´Î´¦Àí1¸öµã */
    for(i=0; i < numBlocks; i++)
    {
        
        arm_lms_norm_f32(&lmsS, /* LMS½á¹¹Ìå */
                        inputF32 + (i * blockSize),   
                        inputREF + (i * blockSize),   
                        outputF32 + (i * blockSize),  
                        outputERR + (i * blockSize),  
                        blockSize);                      

    }
    

    printf("y1=[");
    for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    {
        printf("%f ", testInput_f32_50Hz_200Hz[i]);
        testInput50Hz_200Hz = testInput_f32_50Hz_200Hz[i];
    }
    printf("]\r\n");
    printf("=========================================\r\n");    
    
    printf("y2=[");
    for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    {
        printf("%f ", outputF32[i]);
    }
    printf("]\r\n");
    printf("=========================================\r\n");    
    
    printf("y3=[");
    for(i=0; i<TEST_LENGTH_SAMPLES; i++)
    {
        printf("%f ", test_f32_ERR[i]);
    }
    printf("]\r\n");
    printf("=========================================\r\n");    
}


int main(void)
{
    uint8_t ch;

    BOARD_Init();

    printf("hello, world!!\r\n");

    while (1)
    {
        getchar();
                arm_lms_f32_test1();
    }
}

这里输入的原始波形 200Hz + 50Hz 正弦波，滤除 200Hz 正弦波，通过串口打印数据，使用matlab画出波形。