QuakeGod
2023-02-01 47857ed32cb8737a25f26970b222e29727f1c93b
提交 | 用户 | age
bfc108 1 /* ----------------------------------------------------------------------    
Q 2 * Copyright (C) 2010-2014 ARM Limited. All rights reserved.    
3 *    
4 * $Date:        19. March 2015
5 * $Revision:     V.1.4.5
6 *    
7 * Project:         CMSIS DSP Library    
8 * Title:        arm_lms_q31.c    
9 *    
10 * Description:    Processing function for the Q31 LMS filter.    
11 *    
12 * Target Processor: Cortex-M4/Cortex-M3/Cortex-M0
13 *  
14 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without 
15 * modification, are permitted provided that the following conditions
16 * are met:
17 *   - Redistributions of source code must retain the above copyright
18 *     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
19 *   - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
20 *     notice, this list of conditions and the following disclaimer in
21 *     the documentation and/or other materials provided with the 
22 *     distribution.
23 *   - Neither the name of ARM LIMITED nor the names of its contributors
24 *     may be used to endorse or promote products derived from this
25 *     software without specific prior written permission.
26 *
27 * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
28 * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
29 * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
30 * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE 
31 * COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
32 * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
33 * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
34 * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
35 * CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
36 * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
37 * ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
38 * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.   
39 * -------------------------------------------------------------------- */
40
41 #include "arm_math.h"
42 /**    
43  * @ingroup groupFilters    
44  */
45
46 /**    
47  * @addtogroup LMS    
48  * @{    
49  */
50
51  /**    
52  * @brief Processing function for Q31 LMS filter.    
53  * @param[in]  *S points to an instance of the Q15 LMS filter structure.    
54  * @param[in]  *pSrc points to the block of input data.    
55  * @param[in]  *pRef points to the block of reference data.    
56  * @param[out] *pOut points to the block of output data.    
57  * @param[out] *pErr points to the block of error data.    
58  * @param[in]  blockSize number of samples to process.    
59  * @return     none.    
60  *    
61  * \par Scaling and Overflow Behavior:     
62  * The function is implemented using an internal 64-bit accumulator.     
63  * The accumulator has a 2.62 format and maintains full precision of the intermediate    
64  * multiplication results but provides only a single guard bit.     
65  * Thus, if the accumulator result overflows it wraps around rather than clips.     
66  * In order to avoid overflows completely the input signal must be scaled down by    
67  * log2(numTaps) bits.     
68  * The reference signal should not be scaled down.     
69  * After all multiply-accumulates are performed, the 2.62 accumulator is shifted    
70  * and saturated to 1.31 format to yield the final result.     
71  * The output signal and error signal are in 1.31 format.     
72  *    
73  * \par    
74  *     In this filter, filter coefficients are updated for each sample and the updation of filter cofficients are saturted.    
75  */
76
77 void arm_lms_q31(
78   const arm_lms_instance_q31 * S,
79   q31_t * pSrc,
80   q31_t * pRef,
81   q31_t * pOut,
82   q31_t * pErr,
83   uint32_t blockSize)
84 {
85   q31_t *pState = S->pState;                     /* State pointer */
86   uint32_t numTaps = S->numTaps;                 /* Number of filter coefficients in the filter */
87   q31_t *pCoeffs = S->pCoeffs;                   /* Coefficient pointer */
88   q31_t *pStateCurnt;                            /* Points to the current sample of the state */
89   q31_t mu = S->mu;                              /* Adaptive factor */
90   q31_t *px;                                     /* Temporary pointer for state */
91   q31_t *pb;                                     /* Temporary pointer for coefficient buffer */
92   uint32_t tapCnt, blkCnt;                       /* Loop counters */
93   q63_t acc;                                     /* Accumulator */
94   q31_t e = 0;                                   /* error of data sample */
95   q31_t alpha;                                   /* Intermediate constant for taps update */
96   q31_t coef;                                    /* Temporary variable for coef */
97   q31_t acc_l, acc_h;                            /*  temporary input */
98   uint32_t uShift = ((uint32_t) S->postShift + 1u);
99   uint32_t lShift = 32u - uShift;                /*  Shift to be applied to the output */
100
101   /* S->pState points to buffer which contains previous frame (numTaps - 1) samples */
102   /* pStateCurnt points to the location where the new input data should be written */
103   pStateCurnt = &(S->pState[(numTaps - 1u)]);
104
105   /* Initializing blkCnt with blockSize */
106   blkCnt = blockSize;
107
108
109 #ifndef ARM_MATH_CM0_FAMILY
110
111   /* Run the below code for Cortex-M4 and Cortex-M3 */
112
113   while(blkCnt > 0u)
114   {
115     /* Copy the new input sample into the state buffer */
116     *pStateCurnt++ = *pSrc++;
117
118     /* Initialize state pointer */
119     px = pState;
120
121     /* Initialize coefficient pointer */
122     pb = pCoeffs;
123
124     /* Set the accumulator to zero */
125     acc = 0;
126
127     /* Loop unrolling.  Process 4 taps at a time. */
128     tapCnt = numTaps >> 2;
129
130     while(tapCnt > 0u)
131     {
132       /* Perform the multiply-accumulate */
133       /* acc +=  b[N] * x[n-N] */
134       acc += ((q63_t) (*px++)) * (*pb++);
135
136       /* acc +=  b[N-1] * x[n-N-1] */
137       acc += ((q63_t) (*px++)) * (*pb++);
138
139       /* acc +=  b[N-2] * x[n-N-2] */
140       acc += ((q63_t) (*px++)) * (*pb++);
141
142       /* acc +=  b[N-3] * x[n-N-3] */
143       acc += ((q63_t) (*px++)) * (*pb++);
144
145       /* Decrement the loop counter */
146       tapCnt--;
147     }
148
149     /* If the filter length is not a multiple of 4, compute the remaining filter taps */
150     tapCnt = numTaps % 0x4u;
151
152     while(tapCnt > 0u)
153     {
154       /* Perform the multiply-accumulate */
155       acc += ((q63_t) (*px++)) * (*pb++);
156
157       /* Decrement the loop counter */
158       tapCnt--;
159     }
160
161     /* Converting the result to 1.31 format */
162     /* Calc lower part of acc */
163     acc_l = acc & 0xffffffff;
164
165     /* Calc upper part of acc */
166     acc_h = (acc >> 32) & 0xffffffff;
167
168     acc = (uint32_t) acc_l >> lShift | acc_h << uShift;
169
170     /* Store the result from accumulator into the destination buffer. */
171     *pOut++ = (q31_t) acc;
172
173     /* Compute and store error */
174     e = *pRef++ - (q31_t) acc;
175
176     *pErr++ = (q31_t) e;
177
178     /* Compute alpha i.e. intermediate constant for taps update */
179     alpha = (q31_t) (((q63_t) e * mu) >> 31);
180
181     /* Initialize state pointer */
182     /* Advance state pointer by 1 for the next sample */
183     px = pState++;
184
185     /* Initialize coefficient pointer */
186     pb = pCoeffs;
187
188     /* Loop unrolling.  Process 4 taps at a time. */
189     tapCnt = numTaps >> 2;
190
191     /* Update filter coefficients */
192     while(tapCnt > 0u)
193     {
194       /* coef is in 2.30 format */
195       coef = (q31_t) (((q63_t) alpha * (*px++)) >> (32));
196       /* get coef in 1.31 format by left shifting */
197       *pb = clip_q63_to_q31((q63_t) * pb + (coef << 1u));
198       /* update coefficient buffer to next coefficient */
199       pb++;
200
201       coef = (q31_t) (((q63_t) alpha * (*px++)) >> (32));
202       *pb = clip_q63_to_q31((q63_t) * pb + (coef << 1u));
203       pb++;
204
205       coef = (q31_t) (((q63_t) alpha * (*px++)) >> (32));
206       *pb = clip_q63_to_q31((q63_t) * pb + (coef << 1u));
207       pb++;
208
209       coef = (q31_t) (((q63_t) alpha * (*px++)) >> (32));
210       *pb = clip_q63_to_q31((q63_t) * pb + (coef << 1u));
211       pb++;
212
213       /* Decrement the loop counter */
214       tapCnt--;
215     }
216
217     /* If the filter length is not a multiple of 4, compute the remaining filter taps */
218     tapCnt = numTaps % 0x4u;
219
220     while(tapCnt > 0u)
221     {
222       /* Perform the multiply-accumulate */
223       coef = (q31_t) (((q63_t) alpha * (*px++)) >> (32));
224       *pb = clip_q63_to_q31((q63_t) * pb + (coef << 1u));
225       pb++;
226
227       /* Decrement the loop counter */
228       tapCnt--;
229     }
230
231     /* Decrement the loop counter */
232     blkCnt--;
233   }
234
235   /* Processing is complete. Now copy the last numTaps - 1 samples to the    
236      satrt of the state buffer. This prepares the state buffer for the    
237      next function call. */
238
239   /* Points to the start of the pState buffer */
240   pStateCurnt = S->pState;
241
242   /* Loop unrolling for (numTaps - 1u) samples copy */
243   tapCnt = (numTaps - 1u) >> 2u;
244
245   /* copy data */
246   while(tapCnt > 0u)
247   {
248     *pStateCurnt++ = *pState++;
249     *pStateCurnt++ = *pState++;
250     *pStateCurnt++ = *pState++;
251     *pStateCurnt++ = *pState++;
252
253     /* Decrement the loop counter */
254     tapCnt--;
255   }
256
257   /* Calculate remaining number of copies */
258   tapCnt = (numTaps - 1u) % 0x4u;
259
260   /* Copy the remaining q31_t data */
261   while(tapCnt > 0u)
262   {
263     *pStateCurnt++ = *pState++;
264
265     /* Decrement the loop counter */
266     tapCnt--;
267   }
268
269 #else
270
271   /* Run the below code for Cortex-M0 */
272
273   while(blkCnt > 0u)
274   {
275     /* Copy the new input sample into the state buffer */
276     *pStateCurnt++ = *pSrc++;
277
278     /* Initialize pState pointer */
279     px = pState;
280
281     /* Initialize pCoeffs pointer */
282     pb = pCoeffs;
283
284     /* Set the accumulator to zero */
285     acc = 0;
286
287     /* Loop over numTaps number of values */
288     tapCnt = numTaps;
289
290     while(tapCnt > 0u)
291     {
292       /* Perform the multiply-accumulate */
293       acc += ((q63_t) (*px++)) * (*pb++);
294
295       /* Decrement the loop counter */
296       tapCnt--;
297     }
298
299     /* Converting the result to 1.31 format */
300     /* Store the result from accumulator into the destination buffer. */
301     /* Calc lower part of acc */
302     acc_l = acc & 0xffffffff;
303
304     /* Calc upper part of acc */
305     acc_h = (acc >> 32) & 0xffffffff;
306
307     acc = (uint32_t) acc_l >> lShift | acc_h << uShift;
308
309     *pOut++ = (q31_t) acc;
310
311     /* Compute and store error */
312     e = *pRef++ - (q31_t) acc;
313
314     *pErr++ = (q31_t) e;
315
316     /* Weighting factor for the LMS version */
317     alpha = (q31_t) (((q63_t) e * mu) >> 31);
318
319     /* Initialize pState pointer */
320     /* Advance state pointer by 1 for the next sample */
321     px = pState++;
322
323     /* Initialize pCoeffs pointer */
324     pb = pCoeffs;
325
326     /* Loop over numTaps number of values */
327     tapCnt = numTaps;
328
329     while(tapCnt > 0u)
330     {
331       /* Perform the multiply-accumulate */
332       coef = (q31_t) (((q63_t) alpha * (*px++)) >> (32));
333       *pb = clip_q63_to_q31((q63_t) * pb + (coef << 1u));
334       pb++;
335
336       /* Decrement the loop counter */
337       tapCnt--;
338     }
339
340     /* Decrement the loop counter */
341     blkCnt--;
342   }
343
344   /* Processing is complete. Now copy the last numTaps - 1 samples to the     
345      start of the state buffer. This prepares the state buffer for the   
346      next function call. */
347
348   /* Points to the start of the pState buffer */
349   pStateCurnt = S->pState;
350
351   /*  Copy (numTaps - 1u) samples  */
352   tapCnt = (numTaps - 1u);
353
354   /* Copy the data */
355   while(tapCnt > 0u)
356   {
357     *pStateCurnt++ = *pState++;
358
359     /* Decrement the loop counter */
360     tapCnt--;
361   }
362
363 #endif /*   #ifndef ARM_MATH_CM0_FAMILY */
364
365 }
366
367 /**    
368    * @} end of LMS group    
369    */