RX系列三角函數(shù)單元(TFU)的使用介紹

硬件加速器三角函數(shù)單元（Trigonometric Function Unit）能夠高速處理三角函數(shù)sin、cos、arctan和sqrt(x2+y2)函數(shù)的運算，可顯著減少CPU負荷，在電機的矢量控制運算中非常有用。

本文介紹如何使用帶有CC-RX編譯器的三角函數(shù)單元。TFU現(xiàn)有兩個版本TFUv1和TFUv2，配備TFU的芯片型號如下表所示。

三角函數(shù)單元TFU版本

配備TFU的芯片

TFUv1

RX72T/RX72M/RX72N

TFUv2

RX26T

1. TFUv1的使用說明

在工程中選擇[Project] → [C/C++ Project Settings] → [Tool Settings] → [Compiler] → [Optimization] → [Advanced]，如果器件有TFU，則會有選項"Execution method of library function that can use trigonometric function unit"，如需使用TFU，選擇"Use trigonometric function unit "，如圖1所示。

圖1 TFU選擇設(shè)置

如上設(shè)置后，標準數(shù)學庫函數(shù)sinf()、cosf()、atan2f()和hypotf()的計算將由TFU執(zhí)行，如圖2中代碼所示。由于TFU可以同時計算sin和cos、arctan和sqrt(x2+y2)，所以CC-RX編譯器對相同輸入值的sin和cos、arctan和sqrt(x2+y2)可使用同時計算功能，以進一步提高運算速度?？梢允褂煤瘮?shù)__sincosf()和__atan2hypotf()來同時計算，如圖3中代碼所示。

圖2 使用TFU的代碼示例

圖3 TFU同時計算代碼示例

2. TFUv2的使用說明

三角函數(shù)單元TFUv1已經(jīng)通過進一步的改進升級到TFUv2。TFUv2與TFUv1相比有以下改進：

1單精度浮點數(shù)計算速度的進一步提升，如圖4所示

圖4 計算速度對比

2支持定點類型的計算

在TFUv2中，單精度浮點數(shù)的操作與TFUv1中相同；對于定點數(shù)據(jù)類型，使用內(nèi)部函數(shù)：

__sinfx((int32_t)(x)) / __cosfx((int32_t)(x))

__atan2fx((int32_t)(x), (int32_t)(y)) / __hypotfx((int32_t)(x), (int32_t)(y))

或者同時計算的函數(shù)：

__sincosfx((int32_t)(x), (int32_t *)(y), (int32_t *)(z))

__atan2hypotfx((int32_t)(w), (int32_t)(x), (int32_t *)(y), (int32_t *)(z))

對于定點數(shù)據(jù)，可以更改輸入/輸出的單位和格式。如果使用Smart Configurator，選擇scfg文件，在[Components]→[r_bsp]中選擇"Enable initilize function for TFU (fixed-point numbers)"為"Enabled"，下面有三個選項可以修改，如圖5所示。如果沒有使用Smart Configurator，可以在硬件初始化的時候加入TFU的FXSCIOC和FXATIOC寄存器的設(shè)定來修改輸入/輸出的單位和格式。

圖5 定點數(shù)據(jù)的單位和格式修改

3支持重入

TFUv2支持重入（TFUv1不支持），會在每個中斷函數(shù)的入口和出口生成保存和恢復代碼，但是會減慢處理速度。因此，如果不需要重入，可以禁止保存和恢復代碼的生成。如果只是一個特定的中斷禁止重入，可以在中斷函數(shù)的申明中寫"no_tfu"

#pragma interrupt func(no_tfu)

也可以使用選項禁止所有中斷功能的保存和恢復，選擇[Project] → [C/C++ Project Settings] → [Common] → [CPU]，取消選中[Saves and restores the output by trigonometric function unit in interrupt functions]，如圖6所示。

圖6 TFU取消重入設(shè)置

在圖6設(shè)置下，如果僅對某個特定中斷允許重入，可以在中斷函數(shù)的申明中寫"tfu"

#pragma interrupt func(tfu)

結(jié)合以上內(nèi)容，對于內(nèi)部配備硬件加速單元TFU的芯片，建議在電機矢量控制的運算中使用TFU，從而提高芯片在電機控制方面的性能。