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DSP出没 32位MCU请注意!

2009年03月23日 ?? 收藏0

  “DSP本身就是数字信号处理能力很强的控制器,”TI高级嵌入式处理器产品部中国区经理谭徽告诉EEWORLD。

  “DSP本身就是数字信号处理能力很强的控制器,”TI高级嵌入式处理器产品部中国区经理谭徽告诉EEWORLD。

  其实,早在1997年,TITMS320F240芯片就已经进入伺服驱动控制领域,这是一款集高速运算和高效控制能力于一体的16位DSP芯片,当时20MIPS的运行速率已经在业界引起了非常大的反响。但十年过去了,“行业对MIPS的需求比我们当初想像地要高很多,”在半导体行业打拼将近十年的谭徽不禁感慨。

  也正由于MCU和DSP有很多相似的地方,集成了更多AD/DA、PWM、CAN等通讯接口的DSP越来越像MCU,因而,TIC2000由DSP到MCU的角色转变也看似理所当然了。

  美妙如Delfino(意大利语:海豚)

  在TI产品系列中,处理器无疑是重要市场之一,其三大系列产品已为工程师所熟知,其中包括MSP430系列、C2000系列和基于ARM的处理器。主打低功耗的MSP430系列是一款16位单片机,而基于ARM平台的处理器,则定位于各种各样的通用嵌入式解决方案。

  “C2000系列最早由DSP演化而来,”谭徽介绍,尽管之前被归类为DSP,但C2000系列一直是控制应用的典范。早在2008年10月,TI发布了Piccolo系列,其中的F2802X和F2803x系列都已量产。“Piccolo在意大利语是风笛的意思,”谭徽介绍,一个美丽的名字无疑寄托着设计师美好愿望,他们希望这款小且功能强劲的MCU能够像乐曲一样带给工程师美妙感受。事实也确实如此,尽管相对于28系统来说,Piccolo性能有些下降,但它兼容28内核,其详尽的程序和仿真器资料,使得其在32MCU市场无疑具有一定优势。

  与Piccolo一样,此次推出的Delfino也源于意大利语,意为”海豚“,虽不知道设计者命名的初衷,但是很容易让人联想到形容声音很高的“海豚音”。Delfino也确实是实时控制领域的“海豚音”,实现了更高智能与效率。与Piccolo一起,Delfino使得工程师可以在40MIPS到300MFLOPS范围内实现代码的无缝连接,从而提高实时控制的性能。

  高实时控制得益于Delfino内部功能的改善,首先,300MHz的C28x内核可提供快速中断响应、最小化时延、复杂控制算法执行以及实时数据分析。

  同时,在外设方面,Delfino进一步提升了PWM和QEP模块的功能。“PWM模块可以看作是一种DA,”谭徽介绍,因此,其分辨率是影响系统性能的指标之一。众所周知,C2000在功率变换如马达控制、数字电源、UPS和风能逆变器等都使用PWM模块,此次新产品的推出,将PWM模块提高到了65ps。而数控机床的多核控制需要以高实时方式实现多个控制,因此整个系统和指令都要用到与马达控制相关的QEP模块。

  此外,Delfino也有助于降低系统开发成本。一方面,它在整个C2000平台上继续保持代码兼容性,因此工程师非常容易上手。另一方面也关注开发工具的使用,希望用户能够用很低的成本进行设计或评估工作。

  与C2000不同的……

  “原来我们把C2000叫DSC(数字信号控制器),”谭徽说,因此身为其中一员的Delfino极具控制功能。尤其对于一些典型的变化控制,如UPS、马达控制、太阳能逆变器等,C2000系列已经对其最常用算法(如派克转换)进行了优化,因而整体系统性能得到了极大提升。同时由于与DSP的渊源,Delfino可以实现每秒处理6亿条指令的速率,显著改善了算法的开发和计算精度。

  与以往C2000系列相比,Delfino另一较大变化是片上存储(memory),此前C2000系列的RAM通常比较小,仅仅用于数据运算。而最大可提供516KBRAM的Delfino,能够运行代码,因而在数据处理以及数据与程序的分配上有很大灵活性。TIFlash的速度在业界是最高的,而此次的更迭,谭徽解释说是由于对300兆或600FLOPSCPU而言,“当前Flash还太慢”。而且,从技术角度而言,要把代码写入Flash(写Flash需要编程,而编程需要提升电压),正常电压是不够的,因此会增加系统成本。

  此外,C2834xDelfino控制器还具有CAN、I2C、SPI以及标准串行接口(SCI)外设可针对系统通信管理提供便捷的连接;其外部ADC接口使开发人员能够灵活选择TI各种系列的高精度模数转换器。同时,C2000平台产品的代码兼容性有助于开发人员便捷地进行产品线扩展,而且从40MHz的PiccoloTM至300MHz的Delfino,均可实现控制器代码的重复使用。

  据谭徽介绍,TIDIM100controlCARD与DIM168controlCARD支持的C28343与C28346是C2834x系列中率先推出的器件。controlCARD是一种模块化子卡,可插入TI系列评估板与应用电路板,例如近期推出的可再生能源开发套件、谐振DC/DC开发套件以及外设探索开发套件等。

  高实时性的机会

  “10年过去了,伺服驱动行业对MIPS的需求比我们当初想象的要高很多,”谭徽感慨道。确实,近年来,工业机器人和数控机床等方面对性能增长的要求远远超出人们的预期,对MCU性能的要求也较十年前也提升了30倍以上。无疑,伺服驱动行业充满了机会。

  有个概念——从发电厂到用户使用时,电量基本上只剩30%。所以,节能更重要的是从传输环节下手。而传输能量的效率,很大程度与供电系统的控电和电网可靠性相关,因此需要强劲的运算性能实现自动化的电网监控。另一方面,中国政府的投资力度较大,电力线监控方面的技术也得到了较大发展,国内的厂商也提出了非常高的要求,因而在Delfino产品定义里,也考虑了几家国内厂商的需求,“这个可以看作国内客户开始影响产业和芯片定义的例子,”谭徽说。

  同样与能源相关的——可再生能源,包括风能等绿色能源。以前一套设备上要使用8颗DSP,而Delfino集成性不仅带来成本的下降,还带来了可靠性提升,因为如果把很多DSP接通,协同放在一个芯片里,软件控制将使可靠性得到很大提升。

  对于国内工程师,在以上三个领域——马达控制、电力线监控、风能太阳能等领域,技术水平已经相对比较成熟。

  对汽车领域而言,设计难度比较高。但由于中国是汽车制造商最关注的市场,因此,驾驶员辅助系统仍不失为一个机会。据谭徽介绍,Delfino的推出,旨在将一些高端设备在各种车上普及。之前TIF28335曾应用于车载雷达(奥迪Q7上有这种设备),在行车时,车载雷达可以控制驾驶系统。如果在车速非常快的情况下右转,一旦雷达探测到右侧有车,就会控制方向盘的转向。尤其在汽车高速行驶时,雷达需要快速检测移动物体,同时还要介入到方向盘助力系统,因此对产品实时性要求之高可想而知。真正为了实时

  无论MSP430还是C2000,并不意味着与基于ARM的MCU没有交叉。但是,他们都具有非常明确的市场定位:比如基于MSP430的设计,一个钮扣电池可以支持系统工作8年,因此,MSP430往往成为超低功耗的首选。而与ARM相比,Delfino在实时速度和控制算法具备优势。

  然而,ARM本身也具备无可替代的优势,尤其是对各种各样操作系统的支持,以及广泛的对实时性要求不高应用,足矣令其在32位MCU领域呼风唤雨。因此,ARM也有非常大的扩展的空间,这也是为什么TI在MCU里,除了MSP430和C2000还会发展ARM的原因。不仅如此,TI也是ARM阵营里面最大的玩家之一。


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