RX系列三角函数单元（TFU）的使用介绍

原创瑞萨MCU小百科 2023-12-04 12:01

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硬件加速器三角函数单元（Trigonometric Function Unit）能够高速处理三角函数sin、cos、arctan和sqrt(x²+y²)函数的运算，可显著减少CPU负荷，在电机的矢量控制运算中非常有用。

本文介绍如何使用带有CC-RX编译器的三角函数单元。TFU现有两个版本TFUv1和TFUv2，配备TFU的芯片型号如下表所示。

三角函数单元TFU版本

配备TFU的芯片

TFUv1

RX72T/RX72M/RX72N

TFUv2

RX26T

1. TFUv1的使用说明

在工程中选择[Project] → [C/C++ Project Settings] → [Tool Settings] → [Compiler] → [Optimization] → [Advanced]，如果器件有TFU，则会有选项"Execution method of library function that can use trigonometric function unit"，如需使用TFU，选择"Use trigonometric function unit "，如图1所示。

图1 TFU选择设置

如上设置后，标准数学库函数sinf()、cosf()、atan2f()和hypotf()的计算将由TFU执行，如图2中代码所示。由于TFU可以同时计算sin和cos、arctan和sqrt(x²+y²)，所以CC-RX编译器对相同输入值的sin和cos、arctan和sqrt(x²+y²)可使用同时计算功能，以进一步提高运算速度。可以使用函数__sincosf()和__atan2hypotf()来同时计算，如图3中代码所示。

图2 使用TFU的代码示例

图3 TFU同时计算代码示例

2. TFUv2的使用说明

三角函数单元TFUv1已经通过进一步的改进升级到TFUv2。TFUv2与TFUv1相比有以下改进：

单精度浮点数计算速度的进一步提升，如图4所示

图4 计算速度对比

支持定点类型的计算

在TFUv2中，单精度浮点数的操作与TFUv1中相同；对于定点数据类型，使用内部函数：

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

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

或者同时计算的函数：

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

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

对于定点数据，可以更改输入/输出的单位和格式。如果使用Smart Configurator，选择scfg文件，在[Components] → [r_bsp]中选择"Enable initilize function for TFU (fixed-point numbers)"为"Enabled"，下面有三个选项可以修改，如图5所示。如果没有使用Smart Configurator，可以在硬件初始化的时候加入TFU的FXSCIOC和FXATIOC寄存器的设定来修改输入/输出的单位和格式。

图5 定点数据的单位和格式修改

支持重入

TFUv2支持重入（TFUv1不支持），会在每个中断函数的入口和出口生成保存和恢复代码，但是会减慢处理速度。因此，如果不需要重入，可以禁止保存和恢复代码的生成。如果只是一个特定的中断禁止重入，可以在中断函数的申明中写"no_tfu"

#pragma interrupt func(no_tfu)

也可以使用选项禁止所有中断功能的保存和恢复，选择[Project] → [C/C++ Project Settings] → [Common] → [CPU]，取消选中[Saves and restores the output by trigonometric function unit in interrupt functions]，如图6所示。