什么是并行多线程实时处理器?MC3172开发环境开发实践

处理器/DSP

891人已加入

描述

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:

RTOS

MC3172实践

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

RTOS

我们简单看一下MC3172的demo工程:

RTOS

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:

RTOS

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:

RTOS

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:

RTOS

MC3172.lds为链接脚本,由线程配置工具生成

RTOS

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:

RTOS

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:

RTOS

3、USER_CODE文件夹

USER_CODE文件夹存放用户代码:

RTOS

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:

RTOS

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

打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分