【安富莱——DSP教程】第19章 MatrixFunctions的使用（一）

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第19章 MatrixFunctions的使用（一）

本期教程主要讲解矩阵运算中的初始化，加法，逆矩阵和减法。

19.1 矩阵初始化MatInit

19.2 矩阵加法MatAdd

19.3 逆矩阵MatInverse

19.4 矩阵减法MatSub

19.5 总结

19.1 矩阵初始化MatInit
19.1.1 arm_mat_init_f32

函数定义如下：

void arm_mat_init_f32(

arm_matrix_instance_f32 * S,

uint16_t nRows,

uint16_t nColumns,

float32_t * pData)

参数定义：

[in,out] *S pointsto an instance of the floating-point matrix structure.

[in] nRows number of rows in the matrix.

[in] nColumns number of columns in thematrix.

[in] *pData points to the matrix data array.

注意事项：

1. arm_matrix_instance_f32的结构体定义如下（在文件arm_math.h文件里面）：

typedefstruct

{

uint16_t numRows; // number of rows of the matrix.

uint16_t numCols; //number of columns of the matrix.

float32_t *pData; // points to the data of the matrix.

} arm_matrix_instance_f32;

19.1.2 arm_mat_init_q31

函数定义如下：

void arm_mat_init_q31(

arm_matrix_instance_q31 * S,

uint16_t nRows,

uint16_t nColumns,

q31_t * pData)

参数定义：

[in,out] *S pointsto an instance of the floating-point matrix structure.

[in] nRows number of rows in the matrix.

[in] nColumns number of columns in thematrix.

[in] *pData points to the matrix data array.

注意事项：

1. arm_matrix_instance_q31的结构体定义如下（在文件arm_math.h文件里面）：

typedefstruct

{

uint16_t numRows; // number of rows of the matrix.

uint16_t numCols; //number of columns of the matrix.

q31_t *pData; //points to the data of the matrix.

} arm_matrix_instance_q31;

19.1.3 arm_mat_init_q15

函数定义如下：

void arm_mat_init_q15(

arm_matrix_instance_q15 * S,

uint16_t nRows,

uint16_t nColumns,

q15_t * pData)

参数定义：

[in,out] *S pointsto an instance of the floating-point matrix structure.

[in] nRows number of rows in the matrix.

[in] nColumns number of columns in thematrix.

[in] *pData points to the matrix data array.

注意事项：

1. arm_matrix_instance_q15的结构体定义如下（在文件arm_math.h文件里面）：

typedefstruct

{

uint16_t numRows; // number of rows of the matrix.

uint16_t numCols; //number of columns of the matrix.

q15_t *pData; //points to the data of the matrix.

} arm_matrix_instance_q15;

19.1.4 实例讲解

实验目的：

1. 学习MatrixFunctions中矩阵的初始化

实验内容：

1. 按下按键K1, 串口打印函数DSP_MatInit的输出结果

实验现象：

通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

/*

*********************************************************************************************************

* 函数名: DSP_MatInit

* 功能说明: 矩阵数据初始化

* 形参：无

* 返回值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void DSP_MatInit(void)

{

   uint8_t i;

   /****浮点数数组******************************************************************/

   float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};

   arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据

   arm_matrix_instance_f32 pDst;

   /****定点数Q31数组******************************************************************/

   q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};

   arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据

   arm_matrix_instance_q31 pDst1;

   /****定点数Q15数组******************************************************************/

   q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};

   arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据

   arm_matrix_instance_q15 pDst2;

   /****浮点数***********************************************************************/

   printf("****浮点数******************************************rn");

   arm_mat_init_f32(&pSrcA, 3,3, pDataA);

   for(i = 0; i < 9; i++)

   {

      printf("pDataA[%d] = %frn", i, pDataA[i]);

   }

   /****定点数Q31***********************************************************************/

   printf("****浮点数******************************************rn");

   arm_mat_init_q31(&pSrcA1, 3,3, pDataA1);

   for(i = 0; i < 9; i++)

   {

      printf("pDataA1[%d] = %drn", i, pDataA1[i]);

   }

   /****定点数Q15***********************************************************************/

   printf("****浮点数******************************************rn");

   arm_mat_init_q15(&pSrcA2, 3,3, pDataA2);

   for(i = 0; i < 9; i++)

   {

      printf("pDataA2[%d] = %drn", i, pDataA2[i]);

   }

}
复制代码

硬汉Eric2013 · 2015-6-19 11:00:52

19.2 矩阵加法 MatAdd
19.2.1 arm_mat_add_f32

公式描述（以3*3矩阵为例进行说明）：

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_f32(

const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,

const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,

arm_matrix_instance_f32 * pDst)

参数定义：

[in] *pSrcA points to the first input matrixstructure

[in] *pSrcB points to the second input matrixstructure

[out] *pDst points to output matrix structure

return Thefunction returns either

注意事项：

1. pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2. 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

19.2.2 arm_mat_add_q31

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q31(

const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,

const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,

arm_matrix_instance_q31 * pDst)

参数定义：

[in] *pSrcA points to the first input matrixstructure

[in] *pSrcB points to the second input matrixstructure

[out] *pDst points to output matrix structure

return Thefunction returns either

注意事项：

1. pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2. 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

19.2.3 arm_mat_add_q15

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q15(

const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,

const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,

arm_matrix_instance_q15 * pDst)

参数定义：

[in] *pSrcA points to the first input matrixstructure

[in] *pSrcB points to the second input matrixstructure

[out] *pDst points to output matrix structure

return Thefunction returns either

注意事项：

1. pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2. 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

19.2.4 实例讲解

实验目的：

1. 学习MatrixFunctions中矩阵的加法

实验内容：

1. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_MatAdd的输出结果

实验现象：

通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: DSP_MatAdd
* 功能说明: 矩阵求和
* 形参：无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatAdd(void)
{
uint8_t i;
/****浮点数数组******************************************************************/
float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
float32_t pDataDst[9];
arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据
arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据
arm_matrix_instance_f32 pDst;
/****定点数Q31数组******************************************************************/
q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
q31_t pDataB1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
q31_t pDataDst1[9];
arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q31 pDst1;
/****定点数Q15数组******************************************************************/
q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
q15_t pDataB2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
q15_t pDataDst2[9];
arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q15 pDst2;
/****浮点数***********************************************************************/
pSrcA.numCols = 3;
pSrcA.numRows = 3;
pSrcA.pData = pDataA;
pSrcB.numCols = 3;
pSrcB.numRows = 3;
pSrcB.pData = pDataB;
pDst.numCols = 3;
pDst.numRows = 3;
pDst.pData = pDataDst;
printf("****浮点数******************************************rn");
arm_mat_add_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst[%d] = %frn", i, pDataDst[i]);
}
/****定点数Q31***********************************************************************/
pSrcA1.numCols = 3;
pSrcA1.numRows = 3;
pSrcA1.pData = pDataA1;
pSrcB1.numCols = 3;
pSrcB1.numRows = 3;
pSrcB1.pData = pDataB1;
pDst1.numCols = 3;
pDst1.numRows = 3;
pDst1.pData = pDataDst1;
printf("****定点数Q31******************************************rn");
arm_mat_add_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst1[%d] = %drn", i, pDataDst1[i]);
}
/****定点数Q15***********************************************************************/
pSrcA2.numCols = 3;
pSrcA2.numRows = 3;
pSrcA2.pData = pDataA2;
pSrcB2.numCols = 3;
pSrcB2.numRows = 3;
pSrcB2.pData = pDataB2;
pDst2.numCols = 3;
pDst2.numRows = 3;
pDst2.pData = pDataDst2;
printf("****定点数Q15******************************************rn");
arm_mat_add_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst2[%d] = %drn", i, pDataDst2[i]);
}
}

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1. 矩阵的加法从C语言的实现上来看，比较的容易，下面通过Matlab来求解矩阵和（在命令窗口输入）。

硬汉Eric2013 · 2015-6-19 14:53:23

19.4 矩阵减法 MatSub
19.4.1 arm_mat_sub_f32

公式描述（以3*3矩阵为例进行说明）：

函数定义如下：

arm_status arm_mat_sub_f32(

const arm_matrix_instance_f32 * pSrcA,

const arm_matrix_instance_f32 * pSrcB,

arm_matrix_instance_f32 * pDst)

参数定义：

[in] *pSrcA points to the first input matrixstructure

[in] *pSrcB points to the second input matrixstructure

[out] *pDst points to output matrix structure

return Thefunction returns either

注意事项：

1. pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2. 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

19.4.2 arm_mat_add_q31

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q31(

const arm_matrix_instance_q31 * pSrcA,

const arm_matrix_instance_q31 * pSrcB,

arm_matrix_instance_q31 * pDst)

参数定义：

[in] *pSrcA points to the first input matrixstructure

[in] *pSrcB points to the second input matrixstructure

[out] *pDst points to output matrix structure

return Thefunction returns either

注意事项：

1. pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2. 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

19.4.3 arm_mat_add_q15

函数定义如下：

arm_statusarm_mat_add_q15(

const arm_matrix_instance_q15 * pSrcA,

const arm_matrix_instance_q15 * pSrcB,

arm_matrix_instance_q15 * pDst)

参数定义：

[in] *pSrcA points to the first input matrixstructure

[in] *pSrcB points to the second input matrixstructure

[out] *pDst points to output matrix structure

return Thefunction returns either

注意事项：

1. pSrcA，pSrcB，pDst的行数和列数必须是相同的，要不没有办法使用加法运行。

2. 矩阵在数组中的存储是从左到右，再从上到下。

19.4.4 实例讲解

实验目的：

1. 学习MatrixFunctions中矩阵的加法

实验内容：

1. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_MatAdd的输出结果

实验现象：

通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: DSP_MatSub
* 功能说明: 矩阵减法
* 形参：无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_MatSub(void)
{
uint8_t i;
/****浮点数数组******************************************************************/
float32_t pDataA[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
float32_t pDataB[9] = {1.1f, 1.1f, 2.1f, 2.1f, 3.1f, 3.1f, 4.1f, 4.1f, 5.1f};
float32_t pDataDst[9];
arm_matrix_instance_f32 pSrcA; //3行3列数据
arm_matrix_instance_f32 pSrcB; //3行3列数据
arm_matrix_instance_f32 pDst;
/****定点数Q31数组******************************************************************/
q31_t pDataA1[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
q31_t pDataB1[9] = {2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2};
q31_t pDataDst1[9];
arm_matrix_instance_q31 pSrcA1; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q31 pSrcB1; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q31 pDst1;
/****定点数Q15数组******************************************************************/
q15_t pDataA2[9] = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5};
q15_t pDataB2[9] = {2, 2, 2, 2, 23, 2, 2, 2, 2};
q15_t pDataDst2[9];
arm_matrix_instance_q15 pSrcA2; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q15 pSrcB2; //3行3列数据
arm_matrix_instance_q15 pDst2;
/****浮点数***********************************************************************/
pSrcA.numCols = 3;
pSrcA.numRows = 3;
pSrcA.pData = pDataA;
pSrcB.numCols = 3;
pSrcB.numRows = 3;
pSrcB.pData = pDataB;
pDst.numCols = 3;
pDst.numRows = 3;
pDst.pData = pDataDst;
printf("****浮点数******************************************rn");
arm_mat_sub_f32(&pSrcA, &pSrcB, &pDst);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst[%d] = %frn", i, pDataDst[i]);
}
/****定点数Q31***********************************************************************/
pSrcA1.numCols = 3;
pSrcA1.numRows = 3;
pSrcA1.pData = pDataA1;
pSrcB1.numCols = 3;
pSrcB1.numRows = 3;
pSrcB1.pData = pDataB1;
pDst1.numCols = 3;
pDst1.numRows = 3;
pDst1.pData = pDataDst1;
printf("****定点数Q31******************************************rn");
arm_mat_sub_q31(&pSrcA1, &pSrcB1, &pDst1);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst1[%d] = %drn", i, pDataDst1[i]);
}
/****定点数Q15***********************************************************************/
pSrcA2.numCols = 3;
pSrcA2.numRows = 3;
pSrcA2.pData = pDataA2;
pSrcB2.numCols = 3;
pSrcB2.numRows = 3;
pSrcB2.pData = pDataB2;
pDst2.numCols = 3;
pDst2.numRows = 3;
pDst2.pData = pDataDst2;
printf("****定点数Q15******************************************rn");
arm_mat_sub_q15(&pSrcA2, &pSrcB2, &pDst2);
for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("pDataDst2[%d] = %drn", i, pDataDst2[i]);
}
}