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Cortex-A9+4個PRU,,TI AM437x期待給工業(yè)領(lǐng)域帶來更大突破

2014-07-04
作者:電子技術(shù)應(yīng)用記者:陳穎瑩

Sitara的使命:普及Cortex-A8及向工業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移

    在2009年的嵌入式處理器領(lǐng)域,,可以說Cortex-M3控制器是當(dāng)紅的炸子雞,,很多廠商趨之若鶩,,相對而言,對于MPU都沒有特別大的投入,。就在那時,,德州儀器(TI)在些許質(zhì)疑聲中大力推廣基于ARM Cortex-A8內(nèi)核的Sitara系列MPU,那時候的質(zhì)疑來自多個方面,,例如為什么不專心做收購過來的Cortex-M3系列MCU Stellaris,,又或者質(zhì)疑TI的收購行為(那時候正是金融危機(jī))。而Sitara不負(fù)所托,,其在上市之后的約3年時間逐漸被工業(yè)領(lǐng)域用戶接受,,并完成了它兩個巨大的使命:將Cortex-A8普及到目標(biāo)客戶以及幫助TI從手機(jī)等消費類市場向工業(yè)、通信領(lǐng)域的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移,。

    工業(yè)領(lǐng)域一直不變的共同追求有3個:可靠性,、穩(wěn)定性和長期供貨能力。盡管工業(yè)市場不像消費類市場那樣對多核處理器和性能追求極致,,但工業(yè)市場有個非常明顯的發(fā)展趨勢,,從傳統(tǒng)意義上簡單的、單向的,、點對點的控制開始向復(fù)雜的,、組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工業(yè)控制演進(jìn),這是傳統(tǒng)上說的工業(yè)自動化進(jìn)程,。在歐洲,、美國、日本很多大的工業(yè)企業(yè)都開始將整個進(jìn)程提速,,目前中國也有很多企業(yè)在做這些事情,。每一顆處理器以及每個設(shè)備要兼顧通信、控制以及運算,,所以對性能的要求會大幅度提升,。TI針對客戶的訴求推出了AM335x的升級版AM437x處理器,近日,,德州儀器中國區(qū)通用處理器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理牟濤先生向記者介紹了這款MPU,。

圖1 德州儀器中國區(qū)通用處理器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理牟濤先生

亮點概況

    先來看看AM437x內(nèi)部架構(gòu)。

圖2 AM437x內(nèi)部架構(gòu)

    牟濤先生特別精辟地概括了AM437x的幾大優(yōu)勢:(1)1 GHz Cortex-A9 內(nèi)核,,比上一代Sitara 系列產(chǎn)品高40%的性能,;(2)對Flash和存儲器的支持做了相當(dāng)大的提升和優(yōu)化,;(3)圖像加速器;(4)4核可編程實時單元(PRU),,這是TI有別于ARM處理器供應(yīng)商的最大差異化的技術(shù),;(5)定位為低功耗,利用TI獨特的低功耗工藝使得AM437x內(nèi)部所有功能都運作起來功耗也在1 W以內(nèi),。牟濤先生對于其中的亮點進(jìn)行了詳細(xì)分析,。

前瞻性的存儲設(shè)計

    我們都知道,F(xiàn)lash和存儲器工藝的發(fā)展要快于處理器,,牟濤先生說:“有一些客戶有這樣的困惑,,我們的處理器用了幾年之后,F(xiàn)lash,、存儲器工藝都升級了,,一些老的Flash、存儲器無處購買,。TI在定義AM437x時考慮到客戶在5年以后可能會遇到這樣的問題,所以我們對Flash和存儲器控制方面做了一個更有前瞻性的設(shè)計,,集成了32位低功耗DDR2/DDR3/DDR3 Low Power,,基本把從現(xiàn)在到未來5年比較主流的尤其是工業(yè)市場主流的控制器集成在AM437x中。”

圖形顯示

    業(yè)界對HMI和屏幕分辨率的要求越來越高,,AM437x里繼承了SGX530圖形加速器,,同時有個顯示子系統(tǒng),有別于Sitara前幾代產(chǎn)品(只是個LCD控制器),,AM437x里增加了對于一些圖形圖像處理的硬件加速器,。牟濤先生舉了個例子:“客戶需要做圖形疊加、圖形縮放和色彩空間變換,,在傳統(tǒng)處理器上通常大家是要用ARM做這樣的運算,,但在AM437x里我們集成了這樣的硬件加速器,所以它的處理速度會更快,,效果也會更好,,同時客戶在做這些圖像處理時也不需要占用ARM的運算資源,完全由片上硬件加速器來實現(xiàn),。”

PRU

    亮點總是在最后,,記者之所以最后強(qiáng)調(diào)PRU是因為它已經(jīng)成了整場發(fā)布會的主角,這也源自于它的功能和獨特性,。AM437x集成的PRU-ICSS(工業(yè)通信子系統(tǒng))支持雙通道同步工業(yè)協(xié)議,,4核PRU可滿足實時處理、直接訪問I/O和超低時延的要求,。性談起PRU,,牟濤先生抑制不住喜悅之情:“PRU是TI非常獨特的技術(shù),,也是我們有別于其他ARM處理器供應(yīng)商最大的特色。它能夠給客戶帶來的非常大的好處,,不光是成本,,在設(shè)計的靈活性上都有很大的提升。”

    其實AM335x也有PRU,,但是當(dāng)時只集成了2個PRU,,現(xiàn)在有4個PRU;并且以前PRU單核處理性能是80 MHz~100 MHz,,現(xiàn)在已經(jīng)提升到150 MHz~200 MHz,;過去PRU只支持匯編語言,TI正在研究讓它支持C語言,。在功能性擴(kuò)展上,,牟濤先生說:“4年前TI談PRU的時候只有一個功能,用PRU做多串口的擴(kuò)展(串行通信協(xié)議),,最近這幾年我們很高興看到,,PRU能實現(xiàn)的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是多串口,已經(jīng)有客戶用它做私有加密協(xié)議的開發(fā),,還有通過PRU擴(kuò)展工業(yè)現(xiàn)場總線通信協(xié)議,,例如EtherCAT、PROFIBUS,,同時所支持的工業(yè)現(xiàn)場總線通信協(xié)議也在不斷增加,。”

   此外,AM437x還支持豐富的外設(shè):兩個并行攝像頭端口,,適合條形碼掃描儀等應(yīng)用,;QSPI用于高速通信和執(zhí)行,確保系統(tǒng)能直接從低成本NOR閃存中啟動并運行,;兩個獨立的8通道ADC,,適用于伺服電機(jī)控制、音頻采樣和傳感器監(jiān)控,。

PRU契合工業(yè)應(yīng)用

   牟濤先生舉例說明了為什么PRU特別契合工業(yè)應(yīng)用:“隨著控制算法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,,用傳統(tǒng)意義上RS-485串口通信協(xié)議遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)自動化的要求,很多客戶開使用工業(yè)現(xiàn)場總線去組網(wǎng),。傳統(tǒng)的做法,,不管是MCU還是基于ARM的MPU,都要在外面添加通用協(xié)議專用的ASIC或可通信協(xié)處理器,,這無形中增加了系統(tǒng)成本,,而且設(shè)計也不靈活。為什么TI在這一環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)PRU的好處呢,?我們會把原來意義上的MCU和MPU對數(shù)據(jù)的運算,、處理以及對通信協(xié)議的集成通過PRU集成到一個單芯片里,。PRU本身是可編程的且運算性能足夠強(qiáng)。已經(jīng)有很多成功案例,,例如現(xiàn)在EtherCAT,、PROFIBUS等很多客戶在用這樣的方式做升級改造。”

    “不言自明,,在系統(tǒng)上,,我們把傳統(tǒng)雙芯片的方案變成單芯片方案,這樣系統(tǒng)性能可以大大提升,。傳統(tǒng)意義上的ASIC不靈活,,一個專用芯片只能做一個通信協(xié)議,但由于PRU是可編程的,,所以我們在一顆芯片設(shè)計中可以同時支持多協(xié)議,,也就是說,一個客戶在產(chǎn)品中可以根據(jù)自己不同終端客戶的要求采用不同的工業(yè)通信協(xié)議,,如果用TI的AM335x或AM437x處理器,,一顆芯片都可以搞定,客戶要做的只是換個架構(gòu)軟件,,所有的硬件設(shè)計可以兼容,,這樣給工業(yè)客戶帶來非常大的好處,系統(tǒng)是穩(wěn)定的,,避免了在硬件設(shè)計上的系統(tǒng)風(fēng)險。這是TI為什么在工業(yè)市場非常有優(yōu)勢,,而且為什么強(qiáng)調(diào)PRU處理器的原因,,” 牟濤先生補(bǔ)充到。

    傳統(tǒng)意義上做工業(yè)驅(qū)動器及馬達(dá)驅(qū)動的時候都用MCU(如C2000)或其他的架構(gòu),。TI在AM437x片上集成了4核的PRU,,有4個獨立的PRU運算單元,PRU除了可以做通信協(xié)議運轉(zhuǎn)之外還有足夠的資源做馬達(dá)控制和電機(jī)驅(qū)動算法,。AM437x片上集成了多個PWM和AD,,外設(shè)上構(gòu)成了足夠針對馬達(dá)驅(qū)動的一個回路,用PMW驅(qū)動馬達(dá),,用片上AD和前面的馬達(dá)組成一個運算位置的反饋回路,,這樣既保證了實時性又保證了對于馬達(dá)驅(qū)動運算的可靠性和準(zhǔn)確性。牟濤先生認(rèn)為,,這有可能在未來給整個工業(yè)市場帶來很大的突破,,真正意義上實現(xiàn)單芯片,不僅是決定工業(yè)通信協(xié)議的問題,,甚至也有機(jī)會把馬達(dá)驅(qū)動用一個單芯片實現(xiàn),。

    AM437x真正的考驗應(yīng)該不是來自競爭對手,,因為目前它是獨一無二的,真正的考驗來自種類和應(yīng)用環(huán)境都變化多端的工業(yè)市場,。

圖3 AM437x通用評估模塊

記者后注:TI工程師向記者演示了通用評估板,,由于是第一版,沒有校準(zhǔn)屏幕,,所以觸摸時鼠標(biāo)不太好用,。整體來看,模塊該接出來的接口都有了,,而且工程師演示的3D效果確實很逼真(意在顯示它的圖形加速和處理功能),,其他功能就有待各位工程師自己檢驗了!

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