簡介

德州儀器 (TI) TMS320xF24xx 系列 DSP 于 1997 年推出，是 C2000™ 產 品系列中系列器件的開山之作。它們被廣泛譽為首款具有片上閃存和集成 CAN 控制器的 DSP。 TMS320xF24xx 的特性包括用于多軸電機控制的 16 個 PWM 輸出、高達 500ns 的 10 位 A/D 轉換器、CAP/QEP 電機外設、扇區閃存以及用于通信的 CAN 接口和串行接口。設計人員充分利用了 16 位架構和性能的優勢，并采用了用于電機控制系統的集成外設，可提高控制能力、減少昂貴組件的使用、降低噪音并增添先進的功能。

如今，C2000 產品系列不斷演變，可提供更佳的器件系列。 憑借多種自 40MHz 至 300MHz 的 CPU 性能配置以及各種外設和封裝選項，C2000 是業內最廣泛的產品系列，該系列為開發人員提供的選項可滿足各種性能、功能和價格需求。通過增強的模擬集成、先進的外設功能、增添的通信和 MCU 編程便捷性，C2000 提供了具有 MCU 集成和易用性的最佳 DSP 性能。 由于設計人員希望為產品增添新特性，我們將幫助設計人員過渡到 C2000 微控制器的最新 Piccolo TMS320F280xx 產品系列。憑借增強的性能、架構控制的改進、增加的閃存容量、更先進的控制外設以及最為重要的低成本，Piccolo MCU 為控制系統帶來了多種優勢。

Piccolo 概述

Piccolo 微控制器系列成本低廉且高度集成，可對低成本電力電子裝置進行實時控制。通過四個器件系列和系列內 50 多種配置，Piccolo 微控制器提供了從 40MIPS 至超出 180MIPS 的性能、16KB 至 256KB 的閃存大小以及從 38 引腳至多達 100 引腳的封裝尺寸。 Piccolo 微控制器以低價提供一系列經過控制調優的器件，可滿足設計人員的控制需求。

與 TMS320xF24xx 系列相比，Piccolo 器件提供了多種創新。 其內核得到了改進，而且脈寬調制模塊 (PWM) 和模數轉換器 (ADC) 模塊等外設均得到了徹底變革，從而改進了控制應用。 此外，通過集成之前分散組裝在印刷電路板 (PCB) 上的多個模擬組件，模擬集成為控制系統提供了更高的成本效益和更低的復雜性。總的說來，設計人員在遷移至 Piccolo 微控制器后應該能夠獲得更強的功能、更低的成本和更高的性能。

不過，雖然這些進步針對電力電子裝置極大地改善了 Piccolo MCU，但 TI 了解在將系統遷移至新控制器時設計人員面臨的一些擔憂。由于具有新的內核和新控制外設，移植軟件以及針對新微控制器調整系統最初可能讓人望而生畏。因此，本文將深入探討 TMS320xF24xx 和 Piccolo TMS320F28xx 系列器件之間的差異。 本文將突出 Piccolo MCU 的新特性、詳細闡述 TMS320xF24xx 設計人員面臨的差異，并概述 TMS320xF24xx 器件過渡到 Piccolo 微控制器的遷移路徑。

全新 C28x DSP 內核

圖1： C24x DSP 內核與 C28x DSP 內核

雖然 TMS320xF24xx 器件基于 C24x DSP 內核，但更新的 C2000 器件(包括 Piccolo 微控制器)都基于更新的 C28x DSP 內核。您首先會注意到的差異就是 C28x 內核為 32 位，而之前的 C24x 內核為 16 位。其中明顯的益處在于設計人員能夠處理更大的存儲器空間，這意味著更新的 C2000 器件可用于控制應用的存儲器空間大大增加了。

其次，計算方面益處多多。通過 32 位計算，C28x 內核現在可以進行單循環 32 位運算，包括單循環 32 x 32 乘法累加運算甚至是單循環雙 16 x 16 乘法累加運算。 因此，控制算法現在可以從每個兆赫中獲得更高的性能和精度以及更準確的數字結果。 此外，憑借增加的流水線和增強的內核架構，基于 C28x 的器件可在更高兆赫的頻率下工作，可以擁有更低的中斷服務例程延遲和更高的整體代碼效率。 C28x 內核是 C24x 內核在各個工作方面的完美改進。

圖 2： Piccolo CLA 協處理器架構

除 C28x 內核之外，Piccolo 器件還增添了用于協處理器或信號處理加速的選項，包括新 CLA 協處理器和 VCU 復數數學加速器。 CLA 協處理器是一種基于 C28x 內核的獨立浮點處理內核。 它可獨立訪問控制外設，從而進行雙核運算。 這一點通過提供額外的處理性能和模塊化控制方法為控制系統提供了優勢，因此，可以在 C28x 內核和 CLA 協 處理器之間劃分多個控制回路。例如，一個回路可以在 C28x 內核上運行電機控制算法，同時 CLA 協處理器可專注于電機位置解析算法，從而通過旋轉變壓器計算出電機位。同樣，除功率控制功能之外，還存在多種其他用例，包括但不限于多軸電機控制、 功率因數校正 (PFC) 加電機控制，甚至還包括電力線通信 (PLC)。 此外，通過對控制 外設的獨立訪問，C28x 和 CLA 協處理器還可以提供安全功能的補充啟用，可以交叉校驗 ADC 結果、PWM 生成和彼此的計算結果。

同樣地，VCU 復數數學加速器可以為復數數學運算提供更佳的運算性能、更快的傅里 葉變換 (FFT) 運算和 Viterbi 運算。 憑借在 Viterbi 蝶形等計算方面高達 7 倍的 性能增量，VCU 加速器可以在低成本器件中獲得更高的信號處理性能。 這一點特別適合電力線通信 (PLC) 等應用，PLC 需要高級信號調整和處理功能以在嘈雜的電力線介質中 進行發送和接收。 基于通信的算法在單個器件上運行以減低系統成本和功耗，而非提供 輔助處理器來管理與 VCU 的通信鏈路。

高級控制外設

圖3： TMS320xF24xx 事件管理器

除了對 DSP 處理內核的推動之外，我們還提供了 Piccolo 系列的多種 PWM 和 ADC 外設創新。 重溫一下，在 TMS320xF24xx 系列中，PWM 輸出是“事件管理器”模塊的一部分。在事件管理器中，兩個 16 位定時器和五個獨立的比較匹配檢查可以生成最多八個 PWM 輸出。 在這八個 PWM 輸出中，有六個輸出以互補對的形式生成，這意味著每兩個 PWM 波形中即有一個是一對中互補波形的強制反波形。 這六個 PWM 輸出也可以僅使 用每一對的單個比較匹配檢查(除零和周期匹配事件之外)生成。 可編程死區邏輯可應 用于這六個波形的上升沿和下降沿延遲，同時請注意，兩個延遲必須使用同一死區值。比較而言，在八個 PWM 輸出余下的兩個中，每一個都可以使用單獨的比較匹配檢查(除 零和周期匹配事件之外)獨立生成。但是，這兩個 PWM 輸出不支持任何死區邏輯。 因此，總的說來，來自事件管理器的每個 PWM 輸出都可以從至多 1 個比較匹配中生成，而死區邏輯則只能用于八個 PWM 輸出中的六個。