摘要
电机控制应用设计传统上采用微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）来运行电机控制算法。在研究永磁同步电机（PMSM）矢量控制的时候，坐标变换的三角函数运算、观测器的迭代、锁相环的鉴相环节（用到了三角函数)都比较消耗电机主控芯片的计算能力。在考虑算法实现的时候，都需要针对主控芯片的实际性能进行一定优化，才能确保算法能够顺利运行。这些要求都对MCU的实时处理能力以及配置的灵活性提出了高要求，下面将以极海的G32 R50x芯片为例介绍SIN/COS/TAN/ARTAN加速方法及相关配置。
一、 测试系统说明
在G32 R501平台上的执行性能，测试平台概况如下：
| 控制板 | G32 R501-LAUNCHXK-1.0 |
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| file:///C:/Users/geehy/AppData/Local/Temp/ksohtml27000/wps1.png |
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源代码仅包含最小工程文件，需放置SDK中联合使用，详细路径为：G32R5xx_SDK_V1.0.0\driverlib\g32r501\examples\eval\zidian\zidian_ex1_math
文件usr中增加g32r501_FPUfastRTS_AC6.lib、fast_math_functions.h，并通过include链接文件；并同步增加CMSIS，调用ARM本身的DSP库使用。
二、 测试内容及说明
一、本案例采用5种测试模式：1、FPUfastRTS；2、FPUfastRTS+zidian_math；3、zidian_math；4、M52math；5、ARM_CMSIS_DSP，进行对比测试。
1. FPUfastRTS：是极海为G32AR50x芯片编写的优化信号处理例程的集合，这些芯片支持单精度浮点单元(FPU32)、带三角数学单元(TMU类型0)的FPU32或双精度FPU(FPU64)。这些功能使C/C++程序员充分利用上述芯片的硬件加速器，加快了计算速度。开启该功能需调用g32r501_FPUfastRTS.lib文件，已放置在zidian_ex1_math\include文件内，该库包含两种计算方式，软件加速和硬件加速，通过FPUfastRTS.h二选一，软件采用汇编方式和最优控制方式实现，硬件采用内部硬件加速单元(zidian)，均能得到理想执行时间。
2. FPUfastRTS+zidian_math：如上描述，在头文件中定义__ZIDIAN_FCAU__，开启硬件加速单元。
3. zidian_math：极海为G32AR50x系列芯片定制的硬件数学单元，实现三角函数计算，详见手册。
4. ARM_CMSIS_DSP：ARM官方为加速数学运算，提供的DSP库
5. M52内核：不采用任何加速运算，自然计算。
二、本案例采用5种数学运算进行对比测试：1、sqrt；2、sin；3、cos；4、atan；5、atan2；并进行cycle数及准确度两个维度测试。
三、本案例采用DWT计数，Cortex-M里面有一个外设叫DWT(Data Watchpoint and Trace)，是用于系统调试及跟踪，它有一个32位的寄存器叫CYCCNT， 它是一个向上的计数器，记录的是内核时钟运行的个数，内核时钟跳动一次，该计数器就加1，精度高。
三、 详细测试说明
在zidian_ex1_math.c文件中，已预定义宏，#define FPUfastRTS 1、#define zidian_math 0、#define ARM_CMSIS_DSP 0，通过改变0/1状态来启动对应功能。
1、FPUfastRTS测试：
令#define FPUfastRTS 1，#define zidian_math 0、#define ARM_CMSIS_DSP 0，程序自动调用g32r501_FPUfastRTS.lib功能，此时为软件模式，预定义删除__ZIDIAN_FCAU__，不调用硬件zidian单元,，测试结果如下：
2、FPUfastRTS+zidian_math测试：
令#define FPUfastRTS 1、#define zidian_math 0、#define ARM_CMSIS_DSP 0，并在_C/C++ Define中，写入预定义_ZIDIAN_FCAU__，自动调用硬件zidian单元，测试结果如下：
3、zidian_math测试：
令#define FPUfastRTS 0、#define zidian_math 1、#define ARM_CMSIS_DSP 0，并在_C/C++ Define中，写入预定义_ZIDIAN_FCAU__，自动调用硬件zidian单元，测试结果如下：
4、M52math测试：
令#define FPUfastRTS 0、#define zidian_math 1、#define ARM_CMSIS_DSP 0，预定义删除_ZIDIAN_FCAU__，测试结果如下：
5、ARM_CMSIS_DSP测试：
令#define FPUfastRTS 0、#define zidian_math 0、#define ARM_CMSIS_DSP 1，工程中已加入CMSIS涉及到的所有DSP库，指令已按库要求同步更改(库没有atan指令，直接赋值0)，测试结果如下：
四、 测试结论
综合测试结果对比，测试结果均相同，符合测试目标，根据时间最短排序为:
zidian_math > FPUfastRTS+zidian_math > FPUfastRTS > M52math > ARM_CMSIS_DSP
总结：在电机、电源领域应用中，强烈建议采用极海为G32AR50x系列芯片自研的紫电数学单元，可大大提高计算效率，相比较zidian比M52math快3.48倍，比ARM_CMSIS_DSP快4.01倍，减少计算中的开销，提高程序利用率。
参考：
A相关文档
1. 极海半导体(Geehy)，APM32R50x数据手册
2. 极海半导体(Geehy)，APM32R50x用户手册
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