CW32L012与STM32F103的三角运算性能对比-电子发烧友网

CW32L012和STM32F103在定位和性能上差异显著，在三角函数的运算性能上的对比亦非常直观。

一、硬件架构对比（性能基础）

芯片型号	CW32L012C8	STM32F103C8
内核	ARM Cortex-M0+	ARM Cortex-M3
主频	最高 96 MHz	最高 72 MHz
硬件CORDIC	支持	无
DSP	无	无
立创样片价格	3.69元	7.55元

两者都没有硬件浮点运算单元。但在运算三角函数时，CW32L012支持CORDIC算法。

二、三角运算性能具体分析

1：标准库浮点运算（如 math.h 的 sinf, cosf）

这是最常用但也是最慢的方式。

STM32F103C8：Cortex-M3内核的整体性能，使其在运行相同的软件浮点库时，性能优于CW32L012的Cortex-M0+。

CW32L012C8：Cortex-M0+内核设计更简单，但用软件浮点运算效率较低，耗时会更长。

以下是使用STM32F103C8T6和CW32L012C8T6两种芯片。使用math.h运算SIN和COS的代码实现。

STM32F103使用math.h运算SIN30度与COS30度 :


float angle; 
void performance_test(unsigned long iterations)
{
 unsigned long i=0;
 float y1,y2;

 for(i=1;i<=iterations;i++)
 {  
  y1=sin(angle);  
  y2=cos(angle);
 }
}
void LED_Init(void)
{
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}
void TIM1_Init(void)
{
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);
 TIM_InternalClockConfig(TIM1); 
 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM1_Initstructure;
 TIM1_Initstructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
 TIM1_Initstructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
 TIM1_Initstructure.TIM_Period=1000-1;  //定时时长=72000000/(Prescaler-1)/(Period-1)
 TIM1_Initstructure.TIM_Prescaler=72-1;
 TIM1_Initstructure.TIM_RepetitionCounter=0;
  TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM1_Initstructure);
 TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,ENABLE);
 TIM_ClearFlag(TIM1,TIM_IT_Update); 
 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 
 NVIC_InitTypeDef NVIC_Initstructure;
 NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannel=TIM1_UP_IRQn;
 NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
 NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
 NVIC_Initstructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
 NVIC_Init(&NVIC_Initstructure); 
 TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);
}
unsigned int timecount=0;
unsigned int lastcmputetime=0;
int main(void)
{
  char temp_buff1[40];
  LED_Init(); 
 TIM1_Init();
   OLED_Init();               //清屏
  OLED_Printf(0,0,OLED_6X8," SIN/COS COMPUTE Test ");
  OLED_Printf(0,16,OLED_6X8,"  For 1000000 Times ");   
 OLED_Update();  
 angle=0.523; //0.785（45度弧度制）=45度/180度*3.14  0.523（30度弧度制）=30/180*3.14
 while (1)
 {
       sprintf(temp_buff1, " STM32F103 start......      ");
           OLED_Printf(0, 32, OLED_6X8, temp_buff1);
           OLED_Printf(0, 48, OLED_8X16, "                 ");
   OLED_Update();   
   timecount=0;
   performance_test(1000000);
   lastcmputetime=timecount;       
   sprintf(temp_buff1, " STM32F103 used time:    ");
           OLED_Printf(0, 32, OLED_6X8, temp_buff1);
   sprintf(temp_buff1, "     %d mS    ", lastcmputetime);
           OLED_Printf(0, 48, OLED_8X16, temp_buff1);OLED_Update();
          while(1); //由于结果太慢，不进行二次运算，停在这里方便查看时间. 如果需要二次运算，则屏蔽该条语句
       timecount=0;
    while(timecount< 4000); //等待2S
 }
}
void TIM1_UP_IRQHandler(void)
{ static unsigned int flag=0;
 if(TIM_GetITStatus(TIM1,TIM_IT_Update)==SET)
 {
  TIM_ClearITPendingBit(TIM1,TIM_IT_Update);
  timecount++;
//  if(timecount >=500) //以下用于检查时间配置是否准确
//  {timecount=0;
//   flag=1-flag;
//   if(flag==1)
//   GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
//   else 
//   GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
//  }
 }
}

使用MATH.H执行结果：运算100W次SIN30度与COS30度时间显示内容如下：

CW32L012使用math.h运算SIN30度与COS30度：

核心代码：


void performance_test(unsigned long iterations)
{
 unsigned long i=0;
 float y1,y2;

 CW_FLASH->CR2 = 0x5a5a001B;
 for(i=1;i<=iterations;i++)
 {  
  y1=sin(anglef);  
  y2=cos(anglef);
 }
 CW_FLASH- >CR2 = 0x5a5a0003;
}

使用MATH.H执行结果：运算100W次SIN30度与COS30度时间显示内容如下：

2：使用硬件CORDIC

CORDIC是一种用移位和加法实现三角、双曲等函数的算法。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。


CW32L012使用CORDIC运算100W次SIN30度与COS30度的代码实现如下：
int32_t angle; 
void RCC_Configuration(void)
{
   SYSCTRL_HSI_Enable(SYSCTRL_HSIOSC_DIV1);
    SYSCTRL_HCLKPRS_Config(SYSCTRL_HCLK_DIV1);
    SYSCTRL_PCLKPRS_Config(SYSCTRL_PCLK_DIV1);
    SYSCTRL_SystemCoreClockUpdate(96000000);
}
void performance_test1(unsigned long iterations)
{
 unsigned long i=0;
  int32_t  y1,y2;
  float  y11,y22;
 for(i=1;i<=iterations;i++)
 {       
  while (CORDIC_GetStatus().busy);  
    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
    // 读取结果  
//y1=CW_CORDIC->Y;//sin(PI/6);  // 正弦结果在Y寄存器 Q1.31格式 根据需要使用
//y2=CW_CORDIC->X;//cos(PI/6); // 余弦结果在X寄存器 Q1.31格式 根据需要使用
  //y11=q1_31_to_float(y1);   //正弦结果转浮点数 根据需要使用
  //y22=q1_31_to_float(y2);   //余弦结果转浮点数 根据需要使用
 }
}
void BTIM1_Configuration(void)     //1ms进一次中断
{
 BTIM_TimeBaseInitTypeDef BTIM_TimeBaseInitStruct = {0}; 
 __SYSCTRL_BTIM123_CLK_ENABLE();
  __disable_irq();
  NVIC_EnableIRQ(BTIM1_IRQn);
  __enable_irq(); 
 BTIM_TimeBaseInitStruct.BTIM_Mode = BTIM_MODE_TIMER; 
  BTIM_TimeBaseInitStruct.BTIM_Period = 1000 - 1;
  BTIM_TimeBaseInitStruct.BTIM_Prescaler = 96 - 1;    // 8
  BTIM_TimeBaseInit(CW_BTIM1, &BTIM_TimeBaseInitStruct); 
  BTIM_ITConfig(CW_BTIM1, BTIM_IT_UPDATE, ENABLE);
  BTIM_Cmd(CW_BTIM1, ENABLE);
}
unsigned int timecount=0;
unsigned int lastcmputetime=0;
int main(void)
{ 
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    char temp_buff1[4];
  RCC_Configuration();//时钟配置
  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_31, // 使用q1.31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
    };  
  CORDIC_Init(&init);  //sin cos运算初始化

    EAU_Init();// 初始化EAU    
    EAU_SetMode(EAU_MODE_UNSIGNED_DIV);// 设置为无符号除法模式

 __SYSCTRL_GPIOC_CLK_ENABLE();    //GPIOC LED
    GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_13;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Init( CW_GPIOC, &GPIO_InitStruct);
    GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_Pin_RESET);
  BTIM1_Configuration(); //1MS    
       OLED_Init();               //清屏
        OLED_Printf(0,0,OLED_6X8," SIN/COS COMPUTE Test ");
  OLED_Printf(0,16,OLED_6X8,"  For 1000000 Times ");   
  OLED_Update();   

   angle = float_to_q1_31(0.167);//float_to_q1_15   // 0.25=1/4，即：运算45度=PI/4，换算为Q1.31格式,   //0.167=1/6 PI/6=30度
  while (1)
    {   
   sprintf(temp_buff1, " CW32L012 start......      ");
      OLED_Printf(0, 32, OLED_6X8, temp_buff1);
      OLED_Printf(0, 48, OLED_8X16, "                 ");
   OLED_Update();   
   timecount=0;
   performance_test1(1000000);
   lastcmputetime=timecount;    
   sprintf(temp_buff1, " CW32L012 used time:    ");
      OLED_Printf(0, 32, OLED_6X8, temp_buff1);
   sprintf(temp_buff1, "     %d mS    ", lastcmputetime);
      OLED_Printf(0, 48, OLED_8X16, temp_buff1);OLED_Update();
   timecount=0;
   while(timecount< 4000); //等待2S
    }   
}
void BTIM1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN */
  if (BTIM_GetITStatus(CW_BTIM1, BTIM_IT_UPDATE))
  {
     BTIM_ClearITPendingBit(CW_BTIM1, BTIM_IT_UPDATE); 

     timecount++;
 }
  /* USER CODE END */
}

运算结果：