【STM32】STM32G系列使用CORDIC模块加速计算

2023-07-11 04:17| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.前言

STM32G431系列产品内置了CORDIC运算单元，可以用来加速数学计算，如三角函数、取模、开方等。适合大量数据进行相同的运算操作。配合DMA可以大大节省CPU计算开销。在这里插入图片描述

2.CubeMX配置

使用CORDIC模块无需配置参数，若采用DMA方式则只需配置DMA读写通道，配置如下在这里插入图片描述

3.相关代码

在代码中对cordic模块进行初始化，主要是完成对CORDIC_ConfigTypeDef结构体的配置。声明结构体变量

CORDIC_ConfigTypeDef sCordicConfig;

具体配置函数如下：

void cordic_config(void) { sCordicConfig.Function = CORDIC_FUNCTION_SINE; /* sine function */ sCordicConfig.Precision = CORDIC_PRECISION_6CYCLES; /* max precision for q1.31 sine */ sCordicConfig.Scale = CORDIC_SCALE_0; /* no scale */ sCordicConfig.NbWrite = CORDIC_NBWRITE_1; /* One input data: angle. Second input data (modulus) is 1 after cordic reset */ sCordicConfig.NbRead = CORDIC_NBREAD_2; /* One output data: sine */ sCordicConfig.InSize = CORDIC_INSIZE_32BITS; /* q1.31 format for input data */ sCordicConfig.OutSize = CORDIC_OUTSIZE_32BITS; /* q1.31 format for output data */ HAL_CORDIC_Configure(&hcordic, &sCordicConfig); }

这里使用了cordic模块计算sin和cos函数，传入参数1个（角度），传出参数2个（sin和cos值），输入输出数据都是32位。具体内容可以参考ST官方手册。在这里插入图片描述 HAL库中使用DMA方式进行cordic计算对应的函数为HAL_StatusTypeDef HAL_CORDIC_Calculate_DMA(CORDIC_HandleTypeDef *hcordic, int32_t *pInBuff, int32_t *pOutBuff, uint32_t NbCalc, uint32_t DMADirection)，该函数有5个入口参数，分别是：cordic结构体地址、输入数据地址、输出数据地址、转换次数、DMA数据方向。可以将其进一步封装成cordic_calculate_start函数，具体代码如下：

int32_t pInBuff; //输入数据 int32_t pOutBuff[2]; //输出数据 void cordic_calculate_start(float arg1) { //传入的是归一化角度[0, 1.0] if(arg1 > 0.5f) //将角度从[0, 1.0]转换到[-0.5, 0.5] arg1 -= 1.0f; pInBuff = value_to_cordic31(arg1, 0.5f); //[-0.5, 0.5]对0.5f归一化，转换到[-1.0, 1.0]，并用Q31定点数据表示 //传入的是弧度值[0, 6.28] /*if(arg1 > 3.14f) //将角度从[0, 6.28]转换到[-3.14, 3.14] arg1 -= 6.28f; pInBuff = value_to_cordic31(arg1, 3.14f); //[-3.14, 3.14]对3.14f归一化，转换到[-1.0, 1.0]，并用Q31定点数据表示 */ HAL_CORDIC_Calculate_DMA(&hcordic, &pInBuff, pOutBuff, 1, CORDIC_DMA_DIR_IN_OUT); //开始转换 }

值得注意的是，cordic模块计算sin和cos要求传入角度取值在[-1，1]（对应弧度值[-PI, PI]），并且需要用Q31定点格式来表示。因此采用函数value_to_cordic31对角度格式进行转换，具体代码为：

int32_t value_to_cordic31(float value, float coeff) { int32_t cordic31; cordic31 = (int32_t)((value/coeff)*0x80000000); //value对coeff归一化，然后扩大2^31倍，取整得到Q31定点数据 return cordic31; }

DMA转换完成后，结果会自动存放到指定的输出地址处，我们就可以直接读取了。

void cordic_get_result(float *res1, float *res2) { while (HAL_CORDIC_GetState(&hcordic) != HAL_CORDIC_STATE_READY); //等待cordic模块空闲 cordic31_to_value(pOutBuff[0], res1); //正弦值转浮点 cordic31_to_value(pOutBuff[1], res2); //余弦值转浮点 }

读到的数据也是Q31定点格式，可以采用cordic31_to_value函数将其转换成浮点数。（正数直接缩小2^31倍，负数由于是以补码形式存储，需要先去掉最高位符号位，然后转换成原码，再进行缩小）

void cordic31_to_value(int cordic31, float *res) { if(cordic31&0x80000000) //为负数 { cordic31 = cordic31&0x7fffffff; *res = ((float)(cordic31)-0x80000000)/0x80000000; } else //为正数 { *res = (float)(cordic31)/0x80000000; } } 4.总结

STM32G系列内置CORDIC模块可以加速三角函数等数学运算，且拥有较高的计算精度。CORDIC模块单次转换速度可能与查表法没有太大差距，但其优势在于，可以同时对大量数据进行相同的运算操作，同时节省CPU资源。使用时，需要按照手册对数据进行浮定点转换以及标幺处理。另外，使用过程中发现，DMA模式下更改CORDIC模块配置进行不同的数学运算，得到的计算结果会出错，因此DMA模式只适用于相同数学运算的应用场景。参考资料：1.https://shequ.stmicroelectronics.cn/thread-635016-1-1.html 2.ST官方CORDIC例程

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