并行多线程处理器MC3172简介与实践

 

摘要：最近，朋友送了块小板子，板子上的MCU是个很有意思的东西——并行多线程处理器MC3172 。通俗地说，这颗MCU的内部实现了类似RTOS多线程的功能。但是MC3172 编程与RTOS编程的最大区别就是：

• MC3172多线程绝对并行运行，没有切换抖动及开销。

• MC3172无线程优先级、优先级反转、死锁等概念。

• MC3172所有中断都可以安排专门线程处理，没有中断嵌套和延迟。

• MC3172各线程同步并行运行，互不阻塞，互不干扰。

• MC3172线程响应的确定性相对于RTOS更为精确。

MC3172简介

MC3172 是厦门感芯科技的一款32 位 RISC并行多线程实时处理器。基于RISC-V RV32IMC 指令集， 100%单周期指令，最高200MHz主频，3.37coremark/MHz。可以代替实时操作系统， 实现程序的模块化与复用性。

相关资料可在感芯官网下载。链接：

http://www.gxchip.cn/

MC3172 特性：

MC3172实践

MC3172的开发环境使用的是国产软件——MounRiver Studio。

MounRiver Studio下载链接：

http://www.mounriver.com/download

我们简单看一下MC3172的demo工程：

1、MC3172文件夹

MC3172存放MC3172编程核心文件。

线程配置工具可对各线程进行配置：

可以配置线程时钟源、频率、栈空间、存储器分配等信息。

MC3172支持64路线程同步并行运行，  其中分为4个线程组，每个线程组16线程，每个线程组里的线程编号如上图所示。其中，不使用的线程可以设置为空闲线程，空闲线程完全不运行，不产生功耗。

每个线程都有自己独立的栈空间 ，在数据空间允许范围内可随意分配，但需要确保所有非空闲线程所占的数据空间不超过数据空间的大小。

MC3172.h存放外设地址相关宏定义及其配置宏，如：

类似于ST的stm32fxxx.h。

thread_config.h为线程配置文件，由线程配置工具生成：

MC3172.lds为链接脚本，由线程配置工具生成

thread_start.c为启动线程相关的源文件：

#ifndef THREAD_START_C
#define THREAD_START_C
#include "./MC3172.h"
#include "./thread_config.h"

void thread1_initial(void)
{
#ifdef ROTHD_THREAD1_VALID
extern void thread1_main(void);
    rothd_set_sp_const(ROTHD_THREAD1_STACKCFG_VALUE|0x20000000);
    thread1_main();
#endif
}
void thread2_initial(void)
{
#ifdef ROTHD_THREAD2_VALID
extern void thread2_main(void);
    rothd_set_sp_const(ROTHD_THREAD2_STACKCFG_VALUE|0x20000000);
    thread2_main();
#endif
}

// 省略部分代码......
void (*thread_initial_pointer[64]) (void)={
                                               &thread0_initial,
                                               &thread1_initial,
                                               &thread2_initial
// 省略部分代码......
}

void thread_start(void)
{
    (*thread_initial_pointer[THREAD_ID])();
}

程序运行的入口函数为：thread_start ，从链接脚本里可以知道：

thread_start里的THREAD_ID为线程ID值，直接从0x50000000地址中读出：

#define THREAD_ID (*(volatile u8*)(0x50000000))

猜测：0x50000000地址里的ID值会不断变化，通过某种机制跳转，遍历执行thread_initial_pointer函数指针数组里的各个线程函数。

threadx_initial里初始化线程栈，并执行线程主体，如

void thread_end(void)
{
    while(1);
}

void thread1_main(void)
{
    while(1){
        //user code section
    }
    thread_end();
}

这是用户代码，我们可以在各个线程主体函数里边编写我们的应用代码。

2、Release文件夹

Release文件夹里存放的是编译生成的固件程序，通过 开发板程序下载工具 可进行下载：

3、USER_CODE文件夹

USER_CODE文件夹存放用户代码：

MC3172是一颗并行并行多线程实时处理器，我们下面来看看其多线程并行执行的特性。

我们编写两个线程，线程进行相同的配置，两个线程分别对两个IO进行翻转，测试代码如：

void LED0_GPIOA_PIN0_TEST(void)
{
 // 启动GPIOA并设置特权组及时钟频率
    INTDEV_SET_CLK_RST(GPIOA_BASE_ADDR,(INTDEV_RUN|INTDEV_IS_GROUP0|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV2));

    // 使能GPIOA PIN0引脚
    GPIO_SET_OUTPUT_EN_VALUE(GPIOA_BASE_ADDR, GPIO_PIN0, GPIO_SET_ENABLE);

    while(1)
    {
     // GPIOA PIN0输出1
     GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_1(GPIOA_BASE_ADDR, GPIO_PIN0);

     // 延时
        for (u32 var = 0; var < 5000; ++var)
        {
            NOP();
        }

        // GPIOA PIN0输出0
     GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_0(GPIOA_BASE_ADDR, GPIO_PIN0);

     // 延时
        for (u32 var = 0; var < 5000; ++var)
        {
            NOP();
        }
    }
}

void LED1_GPIOA_PIN1_TEST(void)
{
 // 启动GPIOA并设置特权组及时钟频率
    INTDEV_SET_CLK_RST(GPIOA_BASE_ADDR,(INTDEV_RUN|INTDEV_IS_GROUP0|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV2));

    // 使能GPIOA PIN1引脚
    GPIO_SET_OUTPUT_EN_VALUE(GPIOA_BASE_ADDR, GPIO_PIN1, GPIO_SET_ENABLE);

    while(1)
    {
     // GPIOA PIN1输出1
     GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_1(GPIOA_BASE_ADDR, GPIO_PIN1);

     // 延时
        for (u32 var = 0; var < 5000; ++var)
        {
            NOP();
        }

        // GPIOA PIN1输出0
     GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_0(GPIOA_BASE_ADDR, GPIO_PIN1);

     // 延时
        for (u32 var = 0; var < 5000; ++var)
        {
            NOP();
        }
    }
}

////////////////////////////////////////////////////////////


void thread_end(void)
{
    while(1);
}

////////////////////////////////////////////////////////////

void thread0_main(void)
{
    while(1){
        //user code section
    }
    thread_end();
}

////////////////////////////////////////////////////////////

void thread1_main(void)
{
    while(1){
        //user code section
     LED0_GPIOA_PIN0_TEST();
    }
    thread_end();
}

////////////////////////////////////////////////////////////

void thread2_main(void)
{
    while(1){
        //user code section
     LED1_GPIOA_PIN1_TEST();
    }
    thread_end();
}

烧录程序，使用逻辑分析仪抓取GPIOA_PIN0及GPIOA_PIN1引脚电平变化如：

可见，这两个波形是完全同步的，CPU同时在干两件事情，实现了与RTOS多线程同样的效果。

心得与总结

嵌入式开发，是软件+硬件结合，两者互补。如果硬件功能很强大，则软件可能可以设计得比较简单；如果硬件功能有限，则软件方面可能得考虑比较多的方面。

比如：

• 一些软件算法，需要多传感器数据输入进行融合，则功能实现可能比较简单，但实际可能为了降成本，减少一些传感器，这时候需要实现稳定可靠的功能，则软件算法上得下更大的功夫。

• 对于一些不太复杂的数字信号处理，在通用的MCU上就可以处理，但对于一些比较复杂的数字信号处理，则可能使用一些带有DSP处理器的MCU。

特别的，对于芯片内部IC电路来说，如果内部有相关模块可以实现某些功能的话，则对应的软件编程会简单很多，而且硬件实现的比软件实现的效率要高。

硬件实现的多线程编程确实优于RTOS编程，但实际开发中产品软硬件架构需要考虑多个方面，比如芯片的稳定性以及软件生态等方面。

并行多线程实时处理器是个好东西，但目前并行多线程实时处理器还处于起步阶段，还有很多东西需要完善，需要我们多支持与传播，只有生态起来了，将来我们才有机会用得上。

　　审核编辑：汤梓红