瑞萨RA-T系列芯片马达类工程TCM加速化设置

本篇介绍在使用RA8-T系列芯片，建立马达类工程应用时，如何将电流环部分的指令和变量设置到TCM单元，以提高电流环执行速度，从而提高系统整体的运行性能，在伺服和高端工业领域有很高的实用价值。本文以RA8T1为范例，亦可推广到具备TCM功能的RA8-T系列其他芯片和相关领域。

瑞萨新产品RA8-T系列芯片，采用Cortex-M85内核，并具有直接与处理器核心耦合的片上存储器TCM，通过专用接口访问，相比普通RAM或缓存，能提供更快的访问速度和较低的延迟和确定性访问。在RA8T1中，配置64KB(8KB×8 block)的ITCM和64KB(8KB×8 block)的DTCM。请参看数据手册，可以看到TCM在RA8T1的实际地址。

ITCM和DTCM分别用于存储指令和数据，以优化程序执行性能。在马达控制这种对实时性要求更高的应用中，可以将电流环等关键环节的指令和变量放到TCM中，提高执行速度，从而提高系统整体性能。

本文以瑞萨RA8T1官方样例工程RA8T1_MCILV1_SPM_LESS_FOC_E2S_V101为基础，对电流环进行TCM化设置，相关操作可推广到RA系列搭载TCM的其他芯片，和对应的示例软件工程。
RA8T2 sensorless方案的样例工程

当前工程测试环境及工具，获取链接如下所示：

IDE：版本：e2studio 2025-01
工具链：版本：13.2.1.arm-13-7。该版本可通过e2studio进行集成化安装。
FSP：版本：5.6.0
测试软件适配瑞萨官方开发套件MCK-RA8T1：该套件的相关资料可在瑞萨官网下载，链接：MCK-RA8T1 User's Manual。套件由CPU板、驱动板、通信板、样例电机及相关配件组成。

可按如下图示，参考用户手册搭建系统，调试马达工程。系统电源推荐DC24V，请另行准备。

将马达样例工程进行TCM优化的具体步骤

以RA8T1_MCILV1_SPM_LESS_FOC_E2S_V101工程为例，首先需统计电流环需要的的所有函数，并将它们分配到ITCM中。在本样例工程中，这些函数分为两类：一类是Open Source的，一类被封装到lib文件中的。

由于涉及到的函数数量较多，现仅举例说明设置方法：
如函数R_ADC_Read，其作用是读出当前的相电流采样数据，是整个电流环计算的开端。函数体定义在/工程根目录/ra/fsp/src/r_adc/r_adc.c文件中。可在函数定义前增加修饰语句__attribute__((section(".itcm_data")))，将该函数指定分配到ITCM中。
示例：

__attribute__((section(".itcm_data")))
fsp_err_tR_ADC_Read(adc_ctrl_t * p_ctrl, adc_channel_tconst reg_id, uint16_t * const p_data)

ITCM起始地址为0x00000000，编译后，查看map文件，可以确认函数被分配到了ITCM区域中。

也可用系统推荐宏定义进行设置，宏定义在\工程根目录\ra\fsp\src\bsp\mcu\all\bsp_compiler_support.h文件中，具体定义如下所示：

#defineBSP_PLACE_IN_SECTION(x)_attribute__((section(x))) __attribute__((__used__))

本宏定义增加了对函数属性的进一步修饰，通常可用的修饰如下所示：

noinline/inline
used
long_call

对于函数的修饰，不是本文重点，请查阅其他材料进行确认。您可点击【GUN】Function-Attributes_gun编译器高级属性-CSDN博客获得相关信息。

通常情况下，算法是公司的核心资产。所以存在封库使用，或者利用第三方提供算法库的情况。在这样的情况下我们无法找到算法库中的函数本体进行设置。那我们就需要考虑将库文件整体放入ITCM中。

如RA8T1_MCILV1_SPM_LESS_FOC_E2S_V101样例工程，使用了三个库文件librm_motor_current.a，librm_motor_estimate.a，librm_motor_speed.a，分别用于处理电流环、位置估算、速度环的一些算法。

要实现本操作，需对ld文件进行修改。ld文件（链接描述文件）是控制链接器行为的关键脚本文件，主要用于管理目标文件的内存布局和符号解析。通过脚本指令精确控制输入文件(.o/.a)如何组合到输出文件(可执行文件/库)中，并定义程序在内存中的布局结构。‌

在本工程的ld文件中，首先定义了存储器的物理参数：包括各内存区域的起始地址、容量及访问属性（如可读/写/执行）；接着加载了必要的库文件；通过SECTIONS指令规划段的分布策略，明确代码段、数据段、特殊功能段在存储空间的具体位置。同时脚本还设置了关键的系统级配置：指定程序执行的入口地址，各模块能按预定逻辑在存储器中精准排布。

关于ld文件的布局，不是本文重点，请搜索相关资源，进行理解。比如链接文章：LD文件详解-Asp1rant-博客园。

ld文件的设置需使用标准命令，本文不详细展开，请点击相关资源，进行理解。

下面我们详细介绍本次修改的操作

在工程目录script文件夹下，打开fsp.ld文件。

在SECTIONS命令后，链接代码段.text :内删除*(.text*)语句，更改为*(EXCLUDE_FILE(*librm_motor_estimate.a:*.o *librm_motor_current.a:*.o *librm_motor_speed.a:*.o) .text.*)。这样在链接时，将不对这三个.o的lib文件在此处进行链接。请看如下示例：

在SECTIONS命令后，在.itcm_data段内在KEEP(*(.itcm_data*))语句下面，增加下面三个语句：

KEEP(*librm_motor_estimate.a:*.o(.text.*))
KEEP(*librm_motor_current.a:*.o(.text.*))
KEEP(*librm_motor_speed.a:*.o(.text.*))

更改后，在链接过程中，将这三个指定.o文件连接到itcm段。请看如下示例：

设置完成后，重新编译工程。排查map文件，可以看到lib中的函数已经放置到ITCM中。如位置估算这几个函数，排查如下：

然后需统计电流环执行用到的所有变量，并将所有变量放置到DTCM中。由于数量较多，现举例说明设置方法。

如结构体变量g_motor_sensorless0，此变量是电流环操作的主要变量结构体。变量定义在/工程目录/ra_gen/hal_data.c文件中，可在变量定义前增加修饰语句__attribute__((section(".dtcm_data")))将其分配到DTCM中。
请看如下示例：

__attribute__((section(".dtcm_data"))) motor_instance_t g_motor_sensorless0 =
{ .p_ctrl = &g_motor_sensorless0_ctrl, .p_cfg = &g_motor_sensorless0_cfg, .p_api = &g_motor_on_sensorless, };

在本应用中，g_motor_sensorless0内部嵌套了其他结构体变量，那么被嵌套的其他结构体也需要做类似声明，分配到DTCM中。

DTCM起始地址为0x20000000，编译后查看map文件，可以确认变量被分配到了DTCM区域中。

因为瑞萨官方样例工程，用FSP架构设置系统参数。所以在应用本例程测试时，需做两个手动设置：
1）将/工程目录 /ra_gen/，目录下的hal_data.c和hal_data.h文件设置为只读属性，这样在每次编译时，文件中所作的更改才不会被FSP默认设置覆盖。
2）在进行变量的DTCM设置时，如变量具有const标识符修饰，需将const标识符去掉。否则，类型修改产生冲突，新的设置不能成功。

因为实际应用过程中，系统建立的方法各不相同，遇到上面两种情况需注意，如自建工程，没有相关设计，则无需这两个手动步骤。

设置完成后，可以在电流环程序块的出入口，分别拉高和拉低I/O口，以测试电流环执行时间。

测试结果：为4.79us。