單片機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)函數(shù)計(jì)算特別是控制系統(tǒng)中常用的三角函數(shù)計(jì)算，在有精度要求的情況下，我們經(jīng)驗(yàn)上往往會(huì)選用帶有DSP模塊的MCU或者專用的DSP芯片去實(shí)現(xiàn)。但由于帶有DSP模塊的芯片往往內(nèi)核等級(jí)較高，比如ARM的M4、M4F內(nèi)核，因而價(jià)格也比較貴，導(dǎo)致在很多應(yīng)用場(chǎng)景中，開(kāi)發(fā)者往往還要為芯片上附帶的但卻不需要的功能進(jìn)行買單，或者為過(guò)剩的性能買單。

于是工程師就研究了一個(gè)新的算法，即坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法（CORDIC），在硬件上，對(duì)于三角函數(shù)的計(jì)算僅需要加減法和移位，不再依賴于乘除法運(yùn)算，并且和DSP模塊一樣，基本上是純硬件完成，不再占用CPU計(jì)算資源。允許MCU以較低的工作頻率或釋放處理器周期以執(zhí)行其他任務(wù)。

為了探究CORDIC模塊究竟能有有多實(shí)用，我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：我們找來(lái)了四款芯片：分別是經(jīng)典的ARM M3內(nèi)核的STM32F103C8T6、性能更好的M4內(nèi)核的STM32F411CEU6、更新的M4F內(nèi)核的模數(shù)混合信號(hào)MCU STM32G431CBT6、以及國(guó)產(chǎn)芯片廠商武漢芯源半導(dǎo)體最新推出的ARM Cortex-M0+內(nèi)核的模數(shù)混合信號(hào)MCU: CW32L012C8T6芯片。

【幾款常見(jiàn)MCU計(jì)算能力大比拼】 https://www.bilibili.com/video/BV1pkqZB8Eig/?share_source=copy_web&vd_source=588a165eaf56e9ab73a1d5235c3e9835

我們讓這四款芯片各自對(duì) sin30°和cos30°做100萬(wàn)次運(yùn)算，并計(jì)算運(yùn)算時(shí)長(zhǎng)，把時(shí)長(zhǎng)結(jié)果打印在顯示屏上。由于這四款MCU在內(nèi)核、性能、價(jià)格、產(chǎn)品定位上均有差異，很難做到嚴(yán)格的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，所以我們分多個(gè)條件多次試驗(yàn)，最終測(cè)試結(jié)果記錄成表格：

在表中可以看出，STM32F103C8由于沒(méi)有相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算加速器模塊，所以只能在最高主頻72M的情況下，利用match.h 使用CPU硬算，最終計(jì)算時(shí)長(zhǎng)接近兩分鐘，而其他有相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算加速器模塊的MCU，均可以達(dá)到秒級(jí)的計(jì)算時(shí)長(zhǎng)。

從測(cè)試結(jié)果上也可以分析出，在幾款主流MCU上，CORDIC的運(yùn)算速度略低于DSP，像CW32L012與M4/F基本上僅僅相差1~2個(gè)uS（除以100萬(wàn)次）。基本上可以滿足絕大部分的應(yīng)用對(duì)于高精度計(jì)算的需求，這個(gè)我下文舉例分享。

CW32L012本身所屬的M0+內(nèi)核陣營(yíng)，在我看來(lái)是屬于國(guó)產(chǎn)芯片中競(jìng)爭(zhēng)最卷的內(nèi)核系列，或許很多客戶依舊認(rèn)為，涉及復(fù)雜運(yùn)算的芯片選型是不包含這個(gè)系列的，但今天多了一個(gè)更具性價(jià)比的選擇，如果我剛剛大學(xué)畢業(yè)，我是不敢相信的。因?yàn)槲覀兒芏嗯笥褜?duì)于芯片性能的認(rèn)知，依然停留在內(nèi)核優(yōu)先的狀況。畢竟我在大學(xué)的時(shí)候還沒(méi)接觸過(guò)這些。

站在舊有的認(rèn)知上，我又對(duì)比了CW32L012與STM32F103C8使用CPU硬算的差異，從這個(gè)角度上看，M0+內(nèi)核確實(shí)不如M3。但CORDIC的存在，又讓結(jié)果有了驚人的差異。

CORDIC不僅僅能算SIN/COS：

CW32L012除了擁有CORDIC模塊外，廠商又對(duì)其增加了EAU（擴(kuò)展算術(shù)運(yùn)算單元），彌補(bǔ)了M0+內(nèi)核天生的計(jì)算性能劣勢(shì)：

做過(guò)FOC電機(jī)控制的朋友應(yīng)該知道，M0/M0+內(nèi)核的芯片一般在使用到三角函數(shù)進(jìn)行變換計(jì)算時(shí)，多用查表法或者定點(diǎn)數(shù)計(jì)算。但這樣的弊端就是無(wú)法做到精確控制。如果想要精確控制，往往還是選用含有DSP模塊的芯片，比如經(jīng)典的F4/G4。

而CORDIC在M0+內(nèi)核上的結(jié)合，使得可以實(shí)現(xiàn)高精度FOC控制的芯片有了更高性價(jià)比選擇。不單單是FOC電機(jī)控制應(yīng)用，涉及信號(hào)處理、計(jì)量、功率變換（MPPT、電源）等應(yīng)用也有了更多高性價(jià)比選擇，或者也為一些低端產(chǎn)品提供加量不加價(jià)的升級(jí)可能。畢竟M0+內(nèi)核對(duì)比其他內(nèi)核芯片的價(jià)格差距是數(shù)倍的。

我們找到了測(cè)試的四款芯片在立創(chuàng)商城上的零售價(jià)格：

在全球MCU市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇、國(guó)產(chǎn)替代加速的背景下，嵌入式設(shè)備對(duì)核心控制芯片的性能、功耗、可靠性及性價(jià)比提出了前所未有的嚴(yán)苛需求。國(guó)產(chǎn)芯片卷出來(lái)的好產(chǎn)品也越來(lái)越多，如果你有功率變換、計(jì)量、電機(jī)控制、信號(hào)處理、超低功耗等應(yīng)用，不妨看一下武漢芯源半導(dǎo)體有限公司最新推出的CW32L012系列芯片。

高性能內(nèi)核，豐富外設(shè)，滿足多樣化需求

CW32L012 集成了主頻高達(dá)96MHz 的 ARM? Cortex?-M0+ 內(nèi)核，能提供更高效的運(yùn)算能力，同時(shí)還集成了如下外設(shè)資源：

● 存儲(chǔ)資源：64KB Flash + 8KB SRAM；

● 高性能模擬外設(shè)：雙12位ADC、雙12位DAC、雙運(yùn)算放大器（OPA Rail-to-Rail）、模擬比較器(VC)、電壓檢測(cè)(LVD)等；

● 豐富的定時(shí)器資源：1組16 位高級(jí)控制定時(shí)器、4 組 16 位通用定時(shí)器、3 組 16 位基本定時(shí)器、1 組 16 位低功耗定時(shí)器、1 組 24 位霍爾傳感器專用定時(shí)器、窗口看門狗定時(shí)器、獨(dú)立看門狗定時(shí)器，非常適合電機(jī)控制等復(fù)雜應(yīng)用；

● 多樣化通信接口：3 路低功耗 UART、3 路 SPI 接口、2 路 I2C 接口，方便連接各類外設(shè)模組；

● 硬件加速：4通道DMA、CRC硬件計(jì)算單元、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算算法（CORDIC）、擴(kuò)展算術(shù)運(yùn)算單元（EAU），提升數(shù)據(jù)處理效率，減小算力開(kāi)銷；

● 豐富GPIO：最多支持40個(gè)GPIO，擴(kuò)展性強(qiáng)；

工業(yè)級(jí)可靠性，適應(yīng)嚴(yán)苛環(huán)境

CW32L012 具備出色的抗干擾能力和寬溫度、寬電壓工作范圍、低功耗操作模式：

● 工作溫度：-40℃ ~ +85℃，工作電壓：1.7V~5.5V；

● ESD防護(hù)高達(dá)±8KV（HBM），增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性；

該特性使其成為工業(yè)傳感器、智能表計(jì)、戶外設(shè)備等場(chǎng)景的理想選擇。
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來(lái)源：csdn

審核編輯 黃宇