TMS320xF24xx至C2000 Piccolo TMS320F280xx 的遷移概述

簡介

德州儀器 (TI) TMS320xF24xx 系列 DSP 于 1997 年推出，是 C2000™ 產(chǎn) 品系列中系列器件的開山之作。它們被廣泛譽(yù)為首款具有片上閃存和集成 CAN 控制器的 DSP。 TMS320xF24xx 的特性包括用于多軸電機(jī)控制的 16 個 PWM 輸出、高達(dá) 500ns 的 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、CAP/QEP 電機(jī)外設(shè)、扇區(qū)閃存以及用于通信的 CAN 接口和串行接口。設(shè)計人員充分利用了 16 位架構(gòu)和性能的優(yōu)勢，并采用了用于電機(jī)控制系統(tǒng)的集成外設(shè)，可提高控制能力、減少昂貴組件的使用、降低噪音并增添先進(jìn)的功能。

如今，C2000 產(chǎn)品系列不斷演變，可提供更佳的器件系列。 憑借多種自 40MHz 至 300MHz 的 CPU 性能配置以及各種外設(shè)和封裝選項，C2000 是業(yè)內(nèi)最廣泛的產(chǎn)品系列，該系列為開發(fā)人員提供的選項可滿足各種性能、功能和價格需求。通過增強(qiáng)的模擬集成、先進(jìn)的外設(shè)功能、增添的通信和 MCU 編程便捷性，C2000 提供了具有 MCU 集成和易用性的最佳 DSP 性能。 由于設(shè)計人員希望為產(chǎn)品增添新特性，我們將幫助設(shè)計人員過渡到 C2000 微控制器的最新 Piccolo TMS320F280xx 產(chǎn)品系列。憑借增強(qiáng)的性能、架構(gòu)控制的改進(jìn)、增加的閃存容量、更先進(jìn)的控制外設(shè)以及最為重要的低成本，Piccolo MCU 為控制系統(tǒng)帶來了多種優(yōu)勢。

Piccolo 概述

Piccolo 微控制器系列成本低廉且高度集成，可對低成本電力電子裝置進(jìn)行實時控制。通過四個器件系列和系列內(nèi) 50 多種配置，Piccolo 微控制器提供了從 40MIPS 至超出 180MIPS 的性能、16KB 至 256KB 的閃存大小以及從 38 引腳至多達(dá) 100 引腳的封裝尺寸。 Piccolo 微控制器以低價提供一系列經(jīng)過控制調(diào)優(yōu)的器件，可滿足設(shè)計人員的控制需求。

與 TMS320xF24xx 系列相比，Piccolo 器件提供了多種創(chuàng)新。 其內(nèi)核得到了改進(jìn)，而且脈寬調(diào)制模塊 (PWM) 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 模塊等外設(shè)均得到了徹底變革，從而改進(jìn)了控制應(yīng)用。 此外，通過集成之前分散組裝在印刷電路板 (PCB) 上的多個模擬組件，模擬集成為控制系統(tǒng)提供了更高的成本效益和更低的復(fù)雜性。總的說來，設(shè)計人員在遷移至 Piccolo 微控制器后應(yīng)該能夠獲得更強(qiáng)的功能、更低的成本和更高的性能。

不過，雖然這些進(jìn)步針對電力電子裝置極大地改善了 Piccolo MCU，但 TI 了解在將系統(tǒng)遷移至新控制器時設(shè)計人員面臨的一些擔(dān)憂。由于具有新的內(nèi)核和新控制外設(shè)，移植軟件以及針對新微控制器調(diào)整系統(tǒng)最初可能讓人望而生畏。因此，本文將深入探討 TMS320xF24xx 和 Piccolo TMS320F28xx 系列器件之間的差異。 本文將突出 Piccolo MCU 的新特性、詳細(xì)闡述 TMS320xF24xx 設(shè)計人員面臨的差異，并概述 TMS320xF24xx 器件過渡到 Piccolo 微控制器的遷移路徑。

全新 C28x DSP 內(nèi)核

圖1： C24x DSP 內(nèi)核與 C28x DSP 內(nèi)核

雖然 TMS320xF24xx 器件基于 C24x DSP 內(nèi)核，但更新的 C2000 器件(包括 Piccolo 微控制器)都基于更新的 C28x DSP 內(nèi)核。您首先會注意到的差異就是 C28x 內(nèi)核為 32 位，而之前的 C24x 內(nèi)核為 16 位。其中明顯的益處在于設(shè)計人員能夠處理更大的存儲器空間，這意味著更新的 C2000 器件可用于控制應(yīng)用的存儲器空間大大增加了。

其次，計算方面益處多多。通過 32 位計算，C28x 內(nèi)核現(xiàn)在可以進(jìn)行單循環(huán) 32 位運(yùn)算，包括單循環(huán) 32 x 32 乘法累加運(yùn)算甚至是單循環(huán)雙 16 x 16 乘法累加運(yùn)算。 因此，控制算法現(xiàn)在可以從每個兆赫中獲得更高的性能和精度以及更準(zhǔn)確的數(shù)字結(jié)果。 此外，憑借增加的流水線和增強(qiáng)的內(nèi)核架構(gòu)，基于 C28x 的器件可在更高兆赫的頻率下工作，可以擁有更低的中斷服務(wù)例程延遲和更高的整體代碼效率。 C28x 內(nèi)核是 C24x 內(nèi)核在各個工作方面的完美改進(jìn)。

圖 2： Piccolo CLA 協(xié)處理器架構(gòu)

除 C28x 內(nèi)核之外，Piccolo 器件還增添了用于協(xié)處理器或信號處理加速的選項，包括新 CLA 協(xié)處理器和 VCU 復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)加速器。 CLA 協(xié)處理器是一種基于 C28x 內(nèi)核的獨立浮點處理內(nèi)核。 它可獨立訪問控制外設(shè)，從而進(jìn)行雙核運(yùn)算。 這一點通過提供額外的處理性能和模塊化控制方法為控制系統(tǒng)提供了優(yōu)勢，因此，可以在 C28x 內(nèi)核和 CLA 協(xié) 處理器之間劃分多個控制回路。例如，一個回路可以在 C28x 內(nèi)核上運(yùn)行電機(jī)控制算法，同時 CLA 協(xié)處理器可專注于電機(jī)位置解析算法，從而通過旋轉(zhuǎn)變壓器計算出電機(jī)位。同樣，除功率控制功能之外，還存在多種其他用例，包括但不限于多軸電機(jī)控制、 功率因數(shù)校正 (PFC) 加電機(jī)控制，甚至還包括電力線通信 (PLC)。 此外，通過對控制 外設(shè)的獨立訪問，C28x 和 CLA 協(xié)處理器還可以提供安全功能的補(bǔ)充啟用，可以交叉校驗 ADC 結(jié)果、PWM 生成和彼此的計算結(jié)果。

同樣地，VCU 復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)加速器可以為復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算提供更佳的運(yùn)算性能、更快的傅里 葉變換 (FFT) 運(yùn)算和 Viterbi 運(yùn)算。 憑借在 Viterbi 蝶形等計算方面高達(dá) 7 倍的 性能增量，VCU 加速器可以在低成本器件中獲得更高的信號處理性能。 這一點特別適合電力線通信 (PLC) 等應(yīng)用，PLC 需要高級信號調(diào)整和處理功能以在嘈雜的電力線介質(zhì)中 進(jìn)行發(fā)送和接收。 基于通信的算法在單個器件上運(yùn)行以減低系統(tǒng)成本和功耗，而非提供 輔助處理器來管理與 VCU 的通信鏈路。

高級控制外設(shè)

圖3： TMS320xF24xx 事件管理器

除了對 DSP 處理內(nèi)核的推動之外，我們還提供了 Piccolo 系列的多種 PWM 和 ADC 外設(shè)創(chuàng)新。 重溫一下，在 TMS320xF24xx 系列中，PWM 輸出是“事件管理器”模塊的一部分。在事件管理器中，兩個 16 位定時器和五個獨立的比較匹配檢查可以生成最多八個 PWM 輸出。 在這八個 PWM 輸出中，有六個輸出以互補(bǔ)對的形式生成，這意味著每兩個 PWM 波形中即有一個是一對中互補(bǔ)波形的強(qiáng)制反波形。 這六個 PWM 輸出也可以僅使 用每一對的單個比較匹配檢查(除零和周期匹配事件之外)生成。 可編程死區(qū)邏輯可應(yīng) 用于這六個波形的上升沿和下降沿延遲，同時請注意，兩個延遲必須使用同一死區(qū)值。比較而言，在八個 PWM 輸出余下的兩個中，每一個都可以使用單獨的比較匹配檢查(除 零和周期匹配事件之外)獨立生成。但是，這兩個 PWM 輸出不支持任何死區(qū)邏輯。 因此，總的說來，來自事件管理器的每個 PWM 輸出都可以從至多 1 個比較匹配中生成，而死區(qū)邏輯則只能用于八個 PWM 輸出中的六個。