RA8x1系列MCU如何将通过FSP将代码/数据放置到TCM中

一TCM是什么？

随着单片机（MCU）在各种应用中的使用越来越广泛，对其性能和响应速度的要求也越来越高。为了满足这种需求，MCU的主时钟频率往往会不断提高，以提升系统的处理能力和性能。然而，随着主时钟频率的增加，访问外部存储器（如闪存、RAM）所需的访问时间也要求相应减少，这可能会成为系统性能的瓶颈之一。在这种情况下，使用TCM（Tightly-Coupled Memory）成为了一种解决方案。

Tightly Coupled Memory（TCM）紧耦合内存是通过专用的接口直接连接到处理器的存储器区域，它提供单周期访问，避免其他存储器可能存在的仲裁延时和延迟。

RA8x1 Cortex-M85内核有2种TCM类型：Instruction TCM (ITCM) 指令TCM和Data TCM (DTCM) 数据TCM。

RA8x1有64KB ITCM和64KB DTCM。

ECC保护（代码生成和纠正逻辑）。

RA8x1支持ITCM和DTCM ECC功能，可以通过OFS2.INITECCEN设置来启用和禁用。

RA8x1 CPU方框图

TCM具有以下优点：

低延迟访问：TCM与处理器核心之间的直接连接消除了访问延迟，使得数据和指令能够更快速地被处理器访问，从而提高了系统的响应速度。

高带宽：TCM通常具有更高的带宽，可以支持处理器对数据和指令的高速读写，提升了系统的整体性能。

节省功耗：由于TCM与处理器核心直接连接，不需要通过总线进行数据传输，因此可以降低功耗。此外，由于访问延迟较低，处理器可以更快地完成任务并进入休眠模式，进一步降低功耗。

提高实时性能：对于需要实时响应的应用程序，TCM的低延迟和高带宽特性使得处理器能够更快地访问关键数据和指令，从而提高了系统的实时性能。

增强安全性：TCM可以用于存储敏感数据和关键代码，通过与处理器核心的紧密耦合，可以降低数据泄露和恶意攻击的风险，提高系统的安全性。

减少对外部存储器的依赖：TCM可以用于存储频繁访问的数据和指令，减少了对外部存储器的访问次数，降低了总体的访问延迟和功耗。这对于一些资源有限的嵌入式系统尤为重要。

增强可靠性：TCM的直接连接和高速访问特性可以提高系统的可靠性，减少因外部存储器或总线故障而导致的系统性能下降或故障。

因此，TCM适用于许多不同的应用和场景，特别是对于需要高性能、低延迟和实时响应的应用，其优势更加突出。以下是一些适合使用TCM的应用和场景：

实时控制系统：对于需要快速响应的实时控制系统，如工业机器人、航空航天控制系统、医疗设备等，TCM可以提供所需的低延迟和高带宽，确保系统能够及时、准确地响应各种控制指令。

信号处理应用：TCM对于需要大量数据处理和信号处理的应用非常适用，例如无线通信系统、雷达系统、图像处理系统等。通过将频繁访问的数据和指令存储在TCM中，可以提高系统的处理速度和效率。

物联网设备：随着物联网设备的普及，对于需要在资源有限的设备上实现高性能和实时响应的应用，TCM可以帮助提高系统的性能和能效，同时减少对外部存储器和网络带宽的依赖。

高性能计算：在需要进行复杂计算和大规模数据处理的高性能计算应用中，TCM可以提供更快速和可靠的数据访问，从而提高系统的计算性能和吞吐量。

二RA8x1系列MCU如何将通过FSP将代码/数据放置到TCM中？

瑞萨电子灵活配置软件包（FSP）是用于嵌入式系统设计的高质量增强型软件包，支持瑞萨电子RA产品家族ARM微控制器，提供用户友好的界面且可灵活扩展，确保从入门级到高性能的整个RA微控制器的软件兼容性。FSP包括高性能、低内存占用的业界一流的HAL驱动程序。还包含集成了Azure RTOS和FreeRTOS的中间件协议栈，能够简化通信和安全等复杂模块的实现。e2 studio IDE提供了对图形化配置工具和智能代码生成器的支持，从而使编程和调试变得更加轻松快捷。

瑞萨FSP链接脚本提供TCM内存区域段定义

memory_region.ld中的内存大小定义：

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内存区域定义：

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如下原型定义可用于将用户代码/数据放置到TCM中。在启动过程中，.itcm_data和.dtcm_data区域将通过闪存中存储的初始化代码进行数据初始化。.dtcm_bss区域已初始化为零。

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FSP中的ITCM段定义：

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FSP中的DTCM段定义：

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三TCM例子分析

下图是一个RA8x1 MCU实际使用TCM的例子，它使用了ITCM和DTCM。图片中的右边为RA8x1 MCU的系统地址空间。

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具体分析过程为：

1紫色的代码“uint16_t i;”全局变量，它运行的时候，分配的地址是在从0x2200_0000开始的On-chip SRAM中。

2红色的代码“BSP_PLACE_IN_SECTION(“.dtcm_data”)uint8x16_t rega_8, regb_8, regc_8, regd_8;”，全局变量，但是由于这些变量前面添加了BSP_PLACE_IN_SECTION(“.dtcm_data”)，这表示将这些变量放置到DTCM中，它运行的时候，分配的地址是在从0x2000_0000开始的DTCM中。

3青色的代码“void hal_entry(void)”，它是函数，运行的时候，分配的地址是在从0x0200_0000开始的On-chip flash中。

4深绿色的代码“void helium_test(void)”，它是函数，但是由于这些变量前面添加了BSP_PLACE_IN_SECTION(“.itcm_data”)，这意味着，该代码运行的时候，分配的地址是从0x0000_0000开始的ITCM中。

下图是上面描述的代码在e2 studio中使用了LLVM工具链编译并仿真运行的截图，可以发现右边表达式窗口中的i，rega_8, regb_8, regc_8, regd_8，helium_test，hal_entry这些代码或者变量的地址和刚刚分析的结果是相符的。

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