【FOC相关外设】Cordic求三角运算

CW32L012具有CORDIC 协处理器，快速计算三角函数功能。

一、CW32L012的CORDIC运算原理

CORDIC是一种坐标旋转数字计算机算法。

CW32L012的CORDIC提供某些数学函数的硬件加速，特别是三角函数，通常用于电机控制、计量、信号处理和许多其他应用。与软件实现相比，它加快了这些功能的计算速度，允许较低的工作频率，或释放处理器周期以执行其他任务。

CW32L012的CORDIC支持余弦 cos、正弦 sin、相位角 atan2、模 hypot、反正切 atan、双曲余弦 cosh、双曲正弦 sinh、双曲反正切 atanh 函数运算。迭代次数可进行配置（范围 6~66）。

具体运算定义如下：

关于 q1.15 和 q1.31：

• 用 sint16/sint32 代表 [-1,1）之间的实数

• sint16 对应的 q1.15 = sint16 / pow(2,15)

• sint32 对应的 q1.31 = sint32 / pow(2,31)

关于迭代次数：

• q1.15 建议迭代 16-20 次，q1.31 建议迭代 24-32 次。

关于启动：

• 只有一个数据输入（x 或 y 或 z）时，写入该数据即启动运算。

• 需要两个数据输入（x 和 y）时，写入 y 启动运算。

CORDIC 存在 2 个状态标志，用来指示 CORDIC 的当前工作状态，包括工作状态标志 BUSY、运算完成标志忙标志（CORDIC_CSR.BUSY）

CORDIC_CSR.BUSY 标志位指示当前 CORDIC 是否处于运算结束或空闲状态。

当CORDIC CSR.BUSY 为 0 时，表示 CORDIC 处于运算结束或空闲状态，可以读取结果或开始新的运算；当CSR.BUSY 为 1 时，表示 CORDIC 处于忙碌状态，当前数据运算正在进行中，无法提供运算结果或开始新的运算。

运算完成标志位CORDIC_CSR.EOC 指示 CORDIC 运算完成。EOC 标志位被置位并不影响继续进行新一轮运算，无论新一轮运算是什么类型。当新一轮运算被启动时，标志位自动清零并根据新一轮运算的情况重新进行指示。

二、 编程实验过程

（1）初始化定义：

计算COS SIN运算，Q1.15格式，初始化代码如下：

cordic_init_t init = {        .func = CORDIC_FUNC_COS,  // 选择余弦函数        .scale = 0,              // 不使用扩展范围        .format = CORDIC_FORMAT_Q1_15, // 使用q1.15格式        .iter = CORDIC_ITER_20,  // 迭代次数        .comp = 1,               // 硬件补偿伸缩因子        .ie = 0,                 // 禁用中断        .dmaeoc = 0,             // 禁用DMA        .dmaidle = 0             // 禁用DMA空闲    };
    // 初始化CORDIC模块    CORDIC_Init(&init);

(2）角度定义

若计算45度的正余弦，则令angle为0.25（即1/4）的Q15格式数据。

// 输入角度（以pi为单位，q1.15格式）    int32_t angle = float_to_q1_15(0.25);       // 0.25即：PI/4 Q1.15: 0x2000    

注意，写入角度参数前需要将数据转化为Q1.15格式。

将浮点数转换为Q1.15格式，函数定义如下

// 浮点数转换为Q1.15格式的定点数int32_t float_to_q1_15(float value){    return (int32_t)round(value *  32768.0f);}

（3）运算

CW_CORDIC->Z = angle; // 写入Z寄存器启动运算// 等待运算完成while (!CORDIC_GetStatus().eoc);  //运算完成标志硬件置1，读取运算结果硬件清0

（4）读取结果

X寄存器为余弦结果，Y寄存器为正弦结果

 // 读取结果    int32_t result = CW_CORDIC->X; // 余弦结果在X寄存器

如需要将Q1.15格式的定点数转换为浮点数，则可使用以下函数：

float q1_15_to_float(int32_t value){    return (float)value / 32768.0f;}

（5）参考例程及实验结果

参考例程如下：

通过网盘分享的文件：Coridc求正余弦 实例.zip

链接: https://pan.baidu.com/s/1yLn-6D8OsbbVVstQDheWWQ?pwd=L012 提取码: L012

MDK工程仿真运行示意图如下：

如上图所示1/4PI的余弦结果为23171（Q15格式）。

扫码加入QQ群3群| 610403240