TMS320xF24xx至C2000 Piccolo TMS320F280xx 的代码移植

    德州仪器 (TI) TMS320xF24xx 系列 DSP 于 1997 年推出，是 C2000™ 产 品系列中系列器件的开山之作。它们被广泛誉为首款具有片上闪存和集成 CAN 控制器的 DSP。 TMS320xF24xx 的特性包括用于多轴电机控制的 16 个 PWM 输出、高达 500ns 的 10 位 A/D 转换器、CAP/QEP 电机外设、扇区闪存以及用于通信的 CAN 接口和串行接口。设计人员充分利用了 16 位架构和性能的优势，并采用了用于电机控制系统的集成外设，可提高控制能力、减少昂贵组件的使用、降低噪音并增添先进的功能。

    如今，C2000 产品系列不断演变，可提供更佳的器件系列。 凭借多种自 40MHz 至 300MHz 的 CPU 性能配置以及各种外设和封装选项，C2000 是业内最广泛的产品系列，该系列为开发人员提供的选项可满足各种性能、功能和价格需求。通过增强的模拟集成、先进的外设功能、增添的通信和 MCU 编程便捷性，C2000 提供了具有 MCU 集成和易用性的最佳 DSP 性能。 由于设计人员希望为产品增添新特性，我们将帮助设计人员过渡到 C2000 微控制器的最新 PiCColo TMS320F280xx 产品系列。凭借增强的性能、架构控制的改进、增加的闪存容量、更先进的控制外设以及最为重要的低成本，PICcolo MCU 为控制系统带来了多种优势。

    Piccolo 概述

    Piccolo 微控制器系列成本低廉且高度集成，可对低成本电力电子装置进行实时控制。通过四个器件系列和系列内 50 多种配置，Piccolo 微控制器提供了从 40MIPS 至超出 180MIPS 的性能、16KB 至 256KB 的闪存大小以及从 38 引脚至多达 100 引脚的封装尺寸。 Piccolo 微控制器以低价提供一系列经过控制调优的器件，可满足设计人员的控制需求。

    与 TMS320xF24xx 系列相比，Piccolo 器件提供了多种创新。 其内核得到了改进，而且脉宽调制模块 (PWM) 和模数转换器 (ADC) 模块等外设均得到了彻底变革，从而改进了控制应用。 此外，通过集成之前分散组装在印刷电路板 (PCB) 上的多个模拟组件，模拟集成为控制系统提供了更高的成本效益和更低的复杂性。总的说来，设计人员在迁移至 Piccolo 微控制器后应该能够获得更强的功能、更低的成本和更高的性能。

    不过，虽然这些进步针对电力电子装置极大地改善了 Piccolo MCU，但 TI 了解在将系统迁移至新控制器时设计人员面临的一些担忧。由于具有新的内核和新控制外设，移植软件以及针对新微控制器调整系统最初可能让人望而生畏。因此，本文将深入探讨 TMS320xF24xx 和 Piccolo TMS320F28xx 系列器件之间的差异。 本文将突出 Piccolo MCU 的新特性、详细阐述 TMS320xF24xx 设计人员面临的差异，并概述 TMS320xF24xx 器件过渡到 Piccolo 微控制器的迁移路径。

    全新 C28x DSP 内核

图1： C24x DSP 内核与 C28x DSP 内核

    虽然 TMS320xF24xx 器件基于 C24x DSP 内核，但更新的 C2000 器件(包括 Piccolo 微控制器)都基于更新的 C28x DSP 内核。您首先会注意到的差异就是 C28x 内核为 32 位，而之前的 C24x 内核为 16 位。其中明显的益处在于设计人员能够处理更大的存储器空间，这意味着更新的 C2000 器件可用于控制应用的存储器空间大大增加了。

    其次，计算方面益处多多。通过 32 位计算，C28x 内核现在可以进行单循环 32 位运算，包括单循环 32 x 32 乘法累加运算甚至是单循环双 16 x 16 乘法累加运算。 因此，控制算法现在可以从每个兆赫中获得更高的性能和精度以及更准确的数字结果。 此外，凭借增加的流水线和增强的内核架构，基于 C28x 的器件可在更高兆赫的频率下工作，可以拥有更低的中断服务例程延迟和更高的整体代码效率。 C28x 内核是 C24x 内核在各个工作方面的完美改进。     

图 2： Piccolo CLA 协处理器架构

    除 C28x 内核之外，Piccolo 器件还增添了用于协处理器或信号处理加速的选项，包括新 CLA 协处理器和 VCU 复数数学加速器。 CLA 协处理器是一种基于 C28x 内核的独立浮点处理内核。 它可独立访问控制外设，从而进行双核运算。 这一点通过提供额外的处理性能和模块化控制方法为控制系统提供了优势，因此，可以在 C28x 内核和 CLA 协 处理器之间划分多个控制回路。例如，一个回路可以在 C28x 内核上运行电机控制算法，同时 CLA 协处理器可专注于电机位置解析算法，从而通过旋转变压器计算出电机位。同样，除功率控制功能之外，还存在多种其他用例，包括但不限于多轴电机控制、 功率因数校正 (PFC) 加电机控制，甚至还包括电力线通信 (PLC)。 此外，通过对控制 外设的独立访问，C28x 和 CLA 协处理器还可以提供安全功能的补充启用，可以交叉校验 ADC 结果、PWM 生成和彼此的计算结果。

    同样地，VCU 复数数学加速器可以为复数数学运算提供更佳的运算性能、更快的傅里 叶变换 (FFT) 运算和 Viterbi 运算。 凭借在 Viterbi 蝶形等计算方面高达 7 倍的 性能增量，VCU 加速器可以在低成本器件中获得更高的信号处理性能。 这一点特别适合电力线通信 (PLC) 等应用，PLC 需要高级信号调整和处理功能以在嘈杂的电力线介质中 进行发送和接收。 基于通信的算法在单个器件上运行以减低系统成本和功耗，而非提供 辅助处理器来管理与 VCU 的通信链路。

    高级控制外设

图3： TMS320xF24xx 事件管理器

    除了对 DSP 处理内核的推动之外，我们还提供了 Piccolo 系列的多种 PWM 和 ADC 外设创新。 重温一下，在 TMS320xF24xx 系列中，PWM 输出是“事件管理器”模块的一部分。在事件管理器中，两个 16 位定时器和五个独立的比较匹配检查可以生成最多八个 PWM 输出。 在这八个 PWM 输出中，有六个输出以互补对的形式生成，这意味着每两个 PWM 波形中即有一个是一对中互补波形的强制反波形。 这六个 PWM 输出也可以仅使 用每一对的单个比较匹配检查(除零和周期匹配事件之外)生成。 可编程死区逻辑可应 用于这六个波形的上升沿和下降沿延迟，同时请注意，两个延迟必须使用同一死区值。比较而言，在八个 PWM 输出余下的两个中，每一个都可以使用单独的比较匹配检查(除 零和周期匹配事件之外)独立生成。但是，这两个 PWM 输出不支持任何死区逻辑。 因此，总的说来，来自事件管理器的每个 PWM 输出都可以从至多 1 个比较匹配中生成，而死区逻辑则只能用于八个 PWM 输出中的六个。

    在其他特性中，事件管理器 PWM 还提供跳闸逻辑，可以异步强制八个 PWM 输出中的六 个进入高阻抗状态，从而实现系统保护和安全。 此外，事件管理器的时基是与 3 个事件捕捉单元和 1 个正交解码器接口共享的，这一点与 PiCColo 微控制器更加模块化的方法大有不同。 与 PICcolo 微控制器不同，TMSxF24xx 器件上的多个事件管理器 (EV) 无法一起同步时基。     

图 4： Piccolo TMS320F28xx ePWM 模块

    相反，对于 Piccolo 微控制器，PWM 输出是单独和独立 PWM 模块的一部分。 每个 PWM 模块都具有两个可从单个 16 位定时器和两个独立比较匹配事件(除零和周期匹配事件之外)生成的 PWM 输出。 16 位定时器具有向上、向下和向上/向下计数模式， 其中的向下计数模式是 Piccolo MCU 的独有功能。 此外，Piccolo 微控制器的 PWM 可以生成同步或异步波形，甚至还可以生成带有独立异步双沿占空比控制的 PWM。 某些 Piccolo 器件甚至包含革命性的高分辨率 PWM 模式，由此，设计人员可以获得低至 150ps 的边缘位置分辨率，从而在高频操作下提供持续的高精度控制。 每个 PWM 输出 还包括具有高分辨率性能的死区逻辑，由此，死区延迟可在半周期增量下出现。这可以 进一步降低控制系统中的电源开关损耗。

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