基于TI TMS320F28M35H52C 的非对称双核 MCU 提高系统性能方案.doc
《基于TI TMS320F28M35H52C 的非对称双核 MCU 提高系统性能方案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于TI TMS320F28M35H52C 的非对称双核 MCU 提高系统性能方案.doc(9页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、基于TI TMS320F28M35H52C 的非对称双核 MCU 提高系统性能方案1、背景介绍随着各个行业朝着智能化方向的发展,嵌入式产品对能耗和效率的要求越来越苛刻。特别是在智能电网、工业和医疗等领域,一个产品的核心 MCU 处理器面临多重挑战。比如,一个自动化的马达系统或者分布式工业系统,一方面需要更多的数字信号处理能力来更精确地控制马达,另一方面也需要更多和更高级的网络接口(CAN,Ethernet 或者 Wireless 等)来实现实时的分布式监控或控制功能。再比如图 1,一个太阳能逆变系统,一方面需要 DSP 引擎来实现 DC/AC 或者 DC/DC 的算法,另一方面也需要将多个逆变
2、器通过 Wireless 或者以太网 Ethernet 组成网络,从而实现智能诊断和监控。面对这些需求,有两种传统的方案可以解决。一种方案是采用两颗单独的 MCU/DSP,其中一颗 MCU或者 DSP 用于实现数字信号处理或者控制算法,另外一颗 MCU 实现网络协议栈或者图形显示界面等。这类方案的存在诸多缺点,首先两颗 MCU 增加了 PCB 的面积,而且双 MCU 之间的通讯的可靠性和数据吞吐率受到限制,另外,功耗也将显著增加,程序开发者甚至需要维护多个软硬件开发环境。另外一种方案是采用更高主频和更多片内资源的单核 MCU/DSP,分时地完成数据处理和辅助通信或显示功能,这种方案显著增加了系
3、统成本和功耗,最致命的是,当客户的产品需要增加新的功能的时候,工程师需要重新计算 MCU 内核的资源和不同任务所需要的运行时间,需要更多的测试时间,因此不利于扩展和产品维护。面对种种不足,异构双核架构应运而生,可以很好解决上述问题。事实上,非对称双核架构 MCU 可以将不同的系统任务分配于不同的 MCU 内核,分工精细,并且可以最佳地平衡性能、功耗和成本。两个MCU 内核间的通信可以通过不同的方式来实现,比如分享内存区和消息区,非常简单和易于实现。在下面的章节,本文将以 TI 最新的 Concerto 系列产品 TMS320F28M35H52C 为例,详细阐述非对称异构双核 MCU 的优势,及
4、其为系统带来的性能提升。2、C2000 Concerto 双核 MCU 的特点C2000 Concerto 系列 MCU 是 TI 推出的创新性的异构双核产品。Concerto 混合架构通过将业界最好的实时控制功能和通讯功能集成在一个芯片内,提供高性能、高效率和可靠性,从而实现实时控制环路和低延时的快速通讯响应1。以下从内核、存储器架构、通讯外设等方面阐述其特点。Concerto 系列 TMS320F28M35H52C 功能框图如下图 2 所示。首先是高性能的内核。Concerto 系列 MCU 包含 Cortex-M3 和 C28x 两个内核。Cortex-M3 内核是Concerto 的主
5、系统 Master 子系统内核,主频最高可运行于 125 MHz。Cortex-M3 内核是 32 位的ARM 核,超高的性价比,已经被业界广泛使用,其性能和稳定性也已被用户所广泛接受,非常适用于通讯和事件控制。C28x 是新一代的 32 位 DSP 内核,是 TI 大多数现有的 C2000 产品的内核,最高可运行于 150 MHz,Concerto 中的 C28x 带浮点运算单元(FloaTIng-Point Unit),VCU 协处理器等,性能超强,非常适用于大吞吐量的数据处理。C28x 作为 Control 子系统,宏观上受控于 Cortex-M3 Master 子系统。其次是优化的存储
6、器架构。如图 2 所示,TMS320F28M35H52C 的 C28x 可支配 512KB 带 ECC 校验的 Flash 存储器,64KB ROM,36KB 带 ECC 校验的 RAM;Cortex-M3 可支配 512KB 带 ECC 校验的Flash 存储器,64KB ROM,32KB 带 ECC 校验的 RAM 3。在两个内核之间,是共享的外设和存储区。总共 64K 字节的共享 RAM,4K 的消息 RAM。再次是外设。如图 2 所示,TMS320F28M35H52C 的 C28x 内核可支配 DMA、高速 ADC(3MSPS)、多路高精度的 PWM(24 路 PWM和 16 路高精度
7、 HRPWM)、eCAP、eQEP 等为闭环控制所优化的控制外设;Cortex-M3 内核可支配多个串行接口、以太网、CAN 等工业通讯外设。同时,两个内核还可共享 ADC 等外设,增强整个系统的灵活性。最后是软件架构。如图 3 所示,controlSUITE 是一个集成所有 C2000 MCU 的开发资源和软件包和开发平台,它为 TMS320F28M35H52C 的开发者提供了外设例程、DSP 库、文档、开发板资料。ControlSUITE 还提供免费的全功能实时操作系统 TI-RTOS 平台,如图 4 所示,TI-RTOS 是基于SYS/BIOS 实时内核,集成了稳定的中间件,例如 TCP
8、/IP 协议栈、USB 协议栈、FAT 文件系统、IPC多核通讯组件等。3、IPC 内核间通信Cortex-M3 和 C28x 内核之间的通信主要完成两大功能,一是数据通信,二是传递状态和控制信息。IPC(内核间通讯)的数据通信需要较大的 RAM 来支持,而传递状态和控制等信息只需要一系列状态标志位即可。此外,Cortex-M3 侧的 UART4 与 C28x 侧的 SCIA;以及 Cortex-M3 侧的 SSI3 与 C28x侧的 SPIA 在 Concerto 内部实现互联,不需要在芯片外部硬件连接,而是否使能这类功能则有 CortexM3 系统配置。3.1 Message RAM 内存
9、区TMS320F28M35H52C 使用 Message RAM 实现 IPC 的数据通信。如图 5 所示,2K 字节的 MTOC Message RAM 用于从 Master (Cortex-M3)子系统向 Control(C28x)子系统传递消息;2K 字节的CTOM Message RAM 用于从 Control 子系统向 Master 子系统传递消息。由于两个子系统都配有 DMA外设,因此,DMA 也可以读写 Message RAM,从而提高系统效率。Message RAM 区通过 RAM 内存的读写权限保证了 Message 的互斥访问,例如,C28x CPU 与 DMA 可以读写访
10、问 CTOM Message RAM 区,而 Cortex-M3 CPU 和 uDMA 只能读访问 CTOM Message RAM。同样,两个内核对于MTOC Message RAM 区的读写访问权限则正好相反。Message RAM 仅仅作为 IPC 的数据缓存,IPC 还需借助于特定的控制逻辑电路来完成。如图 6 所示,Master 子系统和 Control 子系统都是通过 5 个寄存器来实现 IPC 的逻辑流程控制:IPCACK、IPCSTS、IPCFLG、IPCCLR、IPCSET。这 5 个寄存器都是 32 位,每一个 bit 对应于 IPC 的一个通道,因此最多可实现 32 个通
11、道的握手通信。Bit0 到 Bit3 总共 4 个通道可以触发消息接收方的 IPC 中断,Bit4 到Bit31 共 28 个通道则需要消息接收方的软件查询来获取 Message RAM 中是否收到数据。如果两个内核之间仅仅传递状态和控制信息(例如 RTOS 中的 Semaphore),仅通过以上寄存器便可以实现,而无需 Message RAM 的参与。以下通过举例 Master 子系统往 Control 子系统发送一帧数据,来简单介绍 IPC 模块的操作流程。1. Cortex-M3 先在 MTOC Message RAM 中写入一帧数据;2. Cortex-M3 置位 MTOCIPCSET
12、(CM3 映射存储器区)的 Bit9,如图 6 所示,此时 MTOCIPCSTS(C28x 映射存储器区)的 Bit9 也将置位;3. C28x 轮询 MTOCIPCSTS 的 Bit9,查询到 Bit9 已置位;(如果之前的操作是 Bit0 到 Bit3 其中之一, 则将触发 C28x 产生一个 IPC 中断)4. C28x 读 MTOC Message RAM 中的数据,此时,Cortex-M3 成功将一帧数据发送至 C28x。3.2 Shared RAM 内存区大部分情况下,2K 字节的 IPC Message RAM 区能够满足 C28x 和 M3 子系统之间的数据通信,配合DMA,通
13、信效率也可以进一步提高。如果用户希望一次性在两个子系统传递更大块的数据,另一种方法是通过 Shared RAM 内存。TMS320F28M35H52C 有一个 64K 字节大小的 Shared RAM 区,总共 8 块 S0-S7,每块 8K 字节大小,如图 7 所示。Cortex-M3 可以设置让任何一块 Shared RAM 区由 C28x 或 M3 主控,比如,映射 S0 至C28x 侧以后,C28x CPU 和 DMA 可以读写 S0,而 M3 和 uDMA 将只能读 S0,不能写入和预取。假如 Cortex-M3 需要一次性发送 6K 字节的数据到 C28x 侧,它可以先将 Shar
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于TI TMS320F28M35H52C 的非对称双核 MCU 提高系统性能方案 基于 TI 对称 提高 系统 性能 方案
链接地址:https://www.31doc.com/p-3416359.html