处理器/DSP
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。
MC3172 特性:
MC3172实践
MC3172的开发环境使用的是国产软件——MounRiver Studio。
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:刘清
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