AURIX? TC4x CDSP Software功能介紹和使用

引言

CDSP SW（Converter Digital Signal Processor software）是專(zhuān)用于TC4x CDSP 硬件模塊的軟件包。

CDSP SW 以二進(jìn)制文件和頭文件提供，用戶(hù)通過(guò)配置參數(shù)并將其存儲(chǔ)在 CDSP 的 DCCM 中來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的濾波功能，通過(guò)將指令二進(jìn)制代碼存放在CDSP的ICCM來(lái)實(shí)現(xiàn)算法，在 TriCore? 核上運(yùn)行的應(yīng)用程序無(wú)需調(diào)用API 即可實(shí)現(xiàn) CDSP SW 的濾波功能來(lái)對(duì)外部輸入信號(hào)進(jìn)行處理。

CDSP 結(jié)構(gòu)

CDSP包括一個(gè) Synopsys DesignWare? ARC? EM5D(ARC) DSP 內(nèi)核，3 KB 指令存儲(chǔ)器 (ICCM)、3 KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (DCCM) 。

Figure 1. CDSP architecture

CDSP 以 f_ADC頻率運(yùn)行(160MHz)， CDSP作為一個(gè)外設(shè)，由Tricore控制其復(fù)位、運(yùn)行等。

Figure 2. CDSP input and output interface

CDSP可以處理來(lái)自DSADC (Δ-Σ ADC)、EXMOD (外部調(diào)制器)、TMADC (分時(shí)復(fù)用 ADC)、CARMAG (載波調(diào)制器) 或GP (通用) 寄存器的信號(hào)。

CDSP處理完成，產(chǎn)生的結(jié)果存放在結(jié)果寄存器RES0，RES1和RES2或DCCM，并且RES0有一個(gè)深度為4的FIFO用于結(jié)果緩存。

CDSP的基本的運(yùn)行邏輯為：外部的觸發(fā)信號(hào)（比如輸入的寄存器結(jié)果值更新）觸發(fā)CDSP工作，CDSP計(jì)算完成，產(chǎn)生CDSP結(jié)果，并觸發(fā)Tricore中斷，由Tricore拿到CDSP結(jié)果值進(jìn)行后續(xù)運(yùn)算。

CDSP SW工作原理

CDSP SW 正常工作下，CDSP 內(nèi)核會(huì)交替處于休眠和喚醒狀態(tài)，以處理輸入采樣。

在配置好輸入信號(hào)源后（每次只能配置一個(gè)輸入信號(hào)用于喚醒），當(dāng)CDSP 內(nèi)核接收到新的輸入采樣時(shí)，就被喚醒并轉(zhuǎn)換到喚醒狀態(tài)，以處理新的輸入采樣，處理完成后，生成結(jié)果到結(jié)果寄存器，然后再進(jìn)入休眠。

Figure 3. CDSP sleep and wake-up

CDSP_DSPa_DSPCFG 寄存器中的 INPSEL 位選擇哪個(gè)輸入采樣到達(dá)會(huì)喚醒 CDSP 內(nèi)核。例如，如果將 DSADC0 配置為 CDSP 內(nèi)核的喚醒源，那么每個(gè)新的 DSADC0 輸入采樣都將喚醒 CDSP 內(nèi)核。一旦 CDSP 內(nèi)核被喚醒，它就會(huì)開(kāi)始執(zhí)行加載的濾波器鏈 (FC)，直到產(chǎn)生結(jié)果到結(jié)果寄存器，CDSP 內(nèi)核便進(jìn)入休眠狀態(tài)。

新輸入采樣的到來(lái)會(huì)再次喚醒 CDSP 內(nèi)核，并重復(fù)上述過(guò)程。如果在 CDSP 內(nèi)核仍在處理當(dāng)前樣本時(shí)（CDSP 內(nèi)核仍處于喚醒狀態(tài)），有新樣本到來(lái)，則會(huì)產(chǎn)生喚醒錯(cuò)誤。所以，用戶(hù)使用時(shí)需要注意選擇的濾波器鏈對(duì)一個(gè)輸入樣本的處理時(shí)間必須小于兩個(gè)連續(xù)輸入樣本之間的時(shí)間間隔。

CDSP SW 運(yùn)行過(guò)程

CDSP SW 的執(zhí)行主要分為三個(gè)階段：

• 啟動(dòng)

在啟動(dòng)階段，CDSP 內(nèi)核處于停止?fàn)顟B(tài)，CDSP SW 代碼被復(fù)制到 ICCM 中，并將CDSP SW 的配置參數(shù)復(fù)制到DCCM 存儲(chǔ)器中。

• 運(yùn)行時(shí)：初始化

一旦 CDSP 內(nèi)核從停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，CDSP SW 就開(kāi)始執(zhí)行。CDSP SW 執(zhí)行的第一階段稱(chēng)為 "初始化"，只執(zhí)行一次。

在這一階段，CDSP 濾波器鏈的所有配置參數(shù)都被初始化，CDSP SW 準(zhǔn)備好處理輸入采樣。在這一階段結(jié)束時(shí)，CDSP 內(nèi)核轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，等待輸入采樣到達(dá)配置的輸入源。如果存在配置參數(shù)無(wú)效，CDSP將進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)（死循環(huán)）。

• 運(yùn)行時(shí)：主循環(huán)

每當(dāng)有新的采樣到達(dá)配置的 CDSP 輸入源，就會(huì)觸發(fā)喚醒事件，將CDSP 內(nèi)核從休眠狀態(tài)喚醒。喚醒后，CDSP 內(nèi)核開(kāi)始執(zhí)行濾波器鏈，從而對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。

下圖展示了一個(gè)通用 FC （Filter Chain）的 CDSP SW 主循環(huán)執(zhí)行序列，用于處理單個(gè)輸入采樣。

Figure 4. CDSP SW execution time

如上圖所示，CDSP 內(nèi)核在喚醒 (t_wu)、讀取輸入采樣 (t_Rd)、寫(xiě)入輸出采樣 (t_Wr) 和過(guò)渡到休眠狀態(tài) (t_t-slp) 的時(shí)間消耗都是固定數(shù)量的時(shí)鐘周期 ， 與 CDSP SW 配置無(wú)關(guān)， 而濾波器塊執(zhí)行時(shí)間（t_FB）取決于濾波器鏈的配置。

例如，在中值濾波功能中，濾波執(zhí)行時(shí)間（t_FB）會(huì)隨著中值濾波器濾波器長(zhǎng)度的增加而增加。用戶(hù)需要確保一個(gè)輸入采樣的總執(zhí)行時(shí)間（t_TOTAL）不超過(guò) CDSP SW 兩個(gè)連續(xù)輸入采樣之間的持續(xù)時(shí)間，否則會(huì)進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)。

CDSP SW對(duì)單個(gè)輸入采樣運(yùn)算的總執(zhí)行時(shí)間公式如下：

t_TOTAL = t_wu + t_Rd + t_FB + t_Wr + t_t-slp

CDSP執(zhí)行完成濾波鏈路并將輸出結(jié)果寫(xiě)入輸出寄存器后，DSP 內(nèi)核將轉(zhuǎn)入睡眠模式，直到下一個(gè)喚醒信號(hào)到來(lái)。

CDSP SW 功能

CDSP SW 中實(shí)現(xiàn)了以下濾波器模塊：

• SDA：簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)累積濾波器

• DA：數(shù)據(jù)累加濾波器

• MAT：數(shù)學(xué)運(yùn)算濾波器（函數(shù)）

• AVG：平均值濾波器

• MDN：中值濾波器

• STAT0：統(tǒng)計(jì)運(yùn)算濾波器

• FIR：有限脈沖響應(yīng)濾波器

• IIR：無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器

• FFT：快速傅立葉變換濾波器（函數(shù)）

• LO：龍貝格觀(guān)測(cè)器濾波器（函數(shù)）

FCM，F(xiàn)C0-FC9共11個(gè)濾波鏈路是由上述濾波器組合形成的11個(gè)功能，如下圖所示。

Figure 5. Filter chains with containing filter blocks

每一個(gè)CDSP可以選擇其中任意一個(gè)濾波鏈路，并進(jìn)行參數(shù)配置，應(yīng)用于實(shí)際需求。

CDSP SW 通過(guò)可執(zhí)行二進(jìn)制文件提供，有 .bin、.hex、.h 和 .mem 4種格式，這些文件都包含相同的信息，用戶(hù)根據(jù)需要選擇文件格式進(jìn)行集成。

除 FC5 濾波器鏈由兩個(gè)單獨(dú)的二進(jìn)制文件實(shí)現(xiàn)外，其他各個(gè)濾波器鏈都由一個(gè)二進(jìn)制文件實(shí)現(xiàn)。

Figure 6. DCCM memory map for different filter chains

如圖所示是一個(gè)DCCM參數(shù)配置表的示意圖，有4種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)選擇的濾波功能不同，用戶(hù)實(shí)例化其中一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并對(duì)關(guān)聯(lián)的參數(shù)進(jìn)行配置，來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能。

用戶(hù)在Tricore應(yīng)用程序中實(shí)例化一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，將其加載到 CDSP 的 DCCM 存儲(chǔ)中，并將對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制文件加載到 CDSP的 ICCM存儲(chǔ)中，即完成了功能集成。在運(yùn)行期間，一次只能在 ICCM 中加載和執(zhí)行一個(gè)濾波器鏈。

CDSP SW 使用實(shí)例

CDSP SW的使用非常方便，只需要配置相應(yīng)的參數(shù)，并將配置參數(shù)放置到DCCM，把對(duì)應(yīng)的運(yùn)算功能代碼放到ICCM，啟動(dòng)CDSP即可得到結(jié)果。

這里以FC9（基礎(chǔ)中值濾波功能）和FC7（數(shù)學(xué)運(yùn)算）為例，介紹使用方法。

Figure 7. CDSP Basic Median （FC9）

FC9的功能為計(jì)算幾個(gè)輸入信號(hào)的中值，計(jì)算速率可以達(dá)到1MSPs。

Figure 8. CDSP Basic Median configuration parameter

FC9的輸入信號(hào)數(shù)量可以選1、3、5、7、9。

使用FC9功能，只需要設(shè)置CDSP的首位輸入地址以及濾波信號(hào)長(zhǎng)度，這里輸入地址是0x0000906CU（映射地址為T(mén)MADC0_AW0_RES0），濾波信號(hào)長(zhǎng)度為9。

配置代碼如下：

將FC9的代碼放到ICCM中，以及將配置的參數(shù)放到DCCM中，完成對(duì)FC9基礎(chǔ)中值濾波的CDSP功能配置。

在每一次TMADC0_AW0_RES0更新后，觸發(fā)CDSP執(zhí)行FC9的功能，得出最近9個(gè)輸入的TMADC0_AW0_RES0的 中值。

9個(gè)輸入量分別是：991、990、991、991、990、990、990、991、989，中值為990，CDSP輸出結(jié)果正確。

9個(gè)輸入量分別是：991、991、991、991、991、990、990、991、991，中值為991，CDSP輸出結(jié)果正確。

Figure 9. CDSP Basic Data Accumulation（FC7）

FC7的功能分為兩個(gè)運(yùn)行段，第一段是對(duì)輸入的2個(gè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，第二段是將第一段的結(jié)果進(jìn)行累加，兩段都可以對(duì)各自的輸出結(jié)果進(jìn)行結(jié)果向右位移，即除法運(yùn)算。

Figure 10. Functional block diagram of Math filter

A和B進(jìn)行運(yùn)算，A為寄存器結(jié)果，B為寄存器結(jié)果或者為給定數(shù)值，A和B進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，并將結(jié)果進(jìn)行位移。

Figure 11. Math filter configuration parameters

FC7的MAT部分參數(shù)說(shuō)明，可以選擇加、減、乘、除 。

Figure 12. SDA filter configuration parameters

FC7的SDA部分參數(shù)說(shuō)明，輸入的信號(hào)數(shù)量可以是1-16，右移0-4位。

FC7的功能使用，只需要設(shè)置CDSP的首位輸入地址，第二個(gè)輸入?yún)?shù)，數(shù)學(xué)操作，累加運(yùn)算信號(hào)數(shù)量，位移，這里首位輸入地址是0x0000906CU（映射地址為T(mén)MADC0_AW0_RES0），第二個(gè)輸入?yún)?shù)設(shè)置為固定值1000，數(shù)學(xué)運(yùn)算為首位輸入地址信號(hào)+第二個(gè)輸入?yún)?shù)，累加運(yùn)算長(zhǎng)度為4，然后除以2，最終結(jié)果為平均值的2倍。

數(shù)學(xué)運(yùn)算式：[(A1+B)+(A2+B)+(A3+B)+(A4+B)]/2。

配置代碼如下：

在將FC7的代碼放到ICCM中，以及將配置的參數(shù)放到DCCM中，完成對(duì)輸入信號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算的CDSP功能配置。

以上實(shí)現(xiàn)了FC9和FC7功能。

總結(jié)

CDSP SW是英飛凌基于CDSP硬件模塊開(kāi)發(fā)的軟件包，以二進(jìn)制文件和頭文件方式提供，使用便捷，功能豐富，可以用于旋變解碼、發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、電壓監(jiān)測(cè)和濾波等場(chǎng)景。

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REFERENCES

[1] Infineon-AURIX-TC4Dx-UM-v01_00-EN

[2] AURIX_TC4x_CDSP_PROD_V0.4.1-PR1_UserManual

[3] https://mp.weixin.qq.com/s/c1bjycblTr1oEyvPQWjQcg accessed on 20.11.2024 14:20 CST.