C2000

高度集成的片上系统提高电动汽车/混合动力汽车、电网基础设施和工业应用的性能

德州仪器(TI)近日推出C2000™ Piccolo™微控制器(MCU)产品组合的最新产品。新型C2000 F28004x MCU系列针对电动汽车车载充电器、电机控制逆变器和工业电源等成本敏感型应用的电源控制进行优化,具有卓越的性能。通过添加集成浮点单元、数学加速器和可选并行处理器的这一新型实时控制装置,C2000 Piccolo MCU产品组合进一步提高了100-MHz中央处理器(CPU)的性能,设定了新的行业标准。

如需了解更多信息,敬请访问 www.ti.com/C2000Piccolo-pr-cn

开发人员可以利用业界领先的C2000 Piccolo F28004x MCU集成模拟功能减少物料成本,同时构建更小、更可靠的系统,提供系统保护和新功能,实现高性能的电源控制系统。集成的模拟功能包括三个带有后处理硬件、高级同步功能和可编程增益放大器的独立12位模数转换器(ADC),以及一个精密的比较器和数模转换器子系统和一个sigma-delta滤波器接口。

新款C2000 F28004x MCU的主要特性和优势

• 优化的性能和功率:功耗比以前的Piccolo设备降低60%;可选的片上DC/DC转换器可将功耗降低70%。

• 先进的驱动和设计灵活性:TI第四代高分辨率脉宽调制(PWM)定时器技术采用先进的高频开关技术,可有效提高效率和功率密度。

• 增强的数字和模拟交叉开关:将输入、输出和内部资源相结合,可以灵活地支持控制和保护机制。

• 新功能:嵌入式实时分析和诊断单元强化了调试功能,超高速串行接口提高了隔离范围内的波特率,灵活的引导模式使开发人员能够减少或消除引导模式引脚。

基于Delfino™ F2837x和Piccolo F2807x系列产品,新型C2000 Piccolo F28004x MCU进行了逐代提升。这些全新的实时控制解决方案与现有Piccolo MCU的代码相兼容,使客户能够以更低的成本获得卓越的性能。

封装和供货

开发人员可以通过TI商店和授权经销商购买F280049实验板套件(TMDXDOCK280049M),评估新款C2000 F28004x MCU。

C2000 F28004x MCU的批量生产采用64引脚LQFP封装。

了解有关C2000 Piccolo产品组合的更多信息

• 下载technical brief

• 了解有关F28004x和C2000产品组合的更多信息。

• 了解在交错连续导通模式(CCM)图腾柱(TTPL)无桥功率因数校正(PFC)参考设计中C2000 MCU与LMG3410 GaN FET模块如何共同实现更有效的功率级控制。

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C28x+FPU架构的C2000微处理器在原有的C28x定点CPU的基础上加入了一些寄存器和指令,来支持IEEE 单精度浮点数的运算。对于在定点微处理器上编写的程序,浮点C2000也完全兼容,不需要对程序做出改动。浮点处理器相对于定点处理器有如下好处:

1.编程更简单
2.性能更优,比如除法,开方,FFT和IIR滤波等算法运算效率更高。
3.程序鲁棒性更强。

一、IEEE754格式的浮点数
C28x+FPU的单精度浮点数遵循IEEE754格式。它包括:
- 1位符号位:0表示正数,1表示负数。
- 8位阶码
- 23位尾数

31

30                                        3                                      

22               2                             0     

符号位

阶码

尾数

表1:IEEE单精度浮点数

符号位S

阶码E

尾数M

0

0

0

正0

1

0

0

负0

0或1

0

非0

非规格化数(1)

0

1-254

0x00000-0x7FFFF

正常范围正数(2)

1

1-254

0x00000-0x7FFFF

正常范围负数(2)

0

255

0

正无穷大

1

255

0

负无穷大

0或1

255

非0

非数值(NaN)

(1)非规格化数值非常小,计算公式为(-1)sx2(E-126)x0.M
(2)正常范围数值计算公式为(-1)sx2(E-127)x1.M

正常范围数值落在± ~1.7 x 10 -38 to ± ~3.4 x 10 +38范围内。从表1可以看出,IEEE754标准包括:
- 标准数据格式和特殊值,比如非数值(NaN)和无穷大
- 标准舍入模式和浮点运算
- 多平台支持,包括德州仪器C67x系列芯片。

C2000对该标准作了一些简化:
- 状态标志位和比较运算不区分正0和负0
- 非规格化数值被认为是0
- 对非数值(NaN)处理方式和无穷大一样。

IEEE754标准有5种舍入模式,C28x+FPU只支持其中两种:
--截断:小数位不管大小全部舍去
--就近舍入向偶舍入:这种模式下如果小数位小于5就舍去,大于5就进位,如果小数位为5,则舍入到最近的偶数。
表2展示了不同的舍入模式对数据的影响。C28x+FPU编译器默认将微处理器配置为就近舍入向偶舍入模式[1]。

表2:不同舍入模式示例

模式 / 实际值

+11.5

+12.5

−11.5

−12.5

就近舍入向偶舍入

+12.0

+12.0

−12.0

−12.0

就近舍入远离0舍入

+12.0

+13.0

−12.0

−13.0

截断

+11.0

+12.0

−11.0

−12.0

向上舍入

+12.0

+13.0

−11.0

−12.0

向下舍入

+11.0

+12.0

−12.0

−13.0

二、浮点C2000芯片运算技巧和注意点

浮点数的精度由尾数位决定,绝大多数的数在用浮点数表示时都会有误差,这些误差很小,多数情况下可以忽略,但是在经过多次计算后这个误差可能会大到无法接受。

下面用实例来进行说明,下面一段代码定义float类型变量,分别在TI最新的Delfino芯片F28379D的CPU1和CLA1上,将11.7加20001次。
float CLATMPDATA=0;
int index=20001;
while(index--)
{
CLATMPDATA=CLATMPDATA+11.7;
}
得到如下结果:

其中CLATMPDATA1是在CLA中将11.7加20001次得到的结果,CLATMPDATA2是在CPU中将11.7加20001次得到的结果。可以看出两者所得到的结果不同,并且都和正确结果234011.7有较大差距。

1.为何CPU和CLA计算结果不同?

CPU和CLA运算结果的不同是由于其对浮点数的舍入模式的不同造成的,前文已经说过,C28x+FPU 编译器默认将CPU配置为就近舍入向偶舍入模式。而CLA不同,CLA默认为截断舍入模式[2]。在CLA的代码中,我们可以通过增加下述代码:

__asm(" MSETFLG RNDF32=1");//1为就近舍入向偶舍入,0为截断舍入
将CLA的舍入模式更改为就近舍入向偶舍入模式,然后再运行代码,可以得到和CPU同样的结果。


2. 为何CPU和CLA计算结果都有较大误差?如何解决?

11.7在用IEEE754格式的浮点数表示时为0x413b3333,其对应的实际值为11.69999980926513671875,可以看出误差很小,但是经过多次累加多次舍入后得到的结果误差较大,对此,我们可以将CLATMPDATA定义为long double型变量(64位),再次运行相同的代码,可以得到如下结果,可以看到误差很小可以忽略。


需要指出的是,现有的C28x CPU只支持单精度(32位)的硬件浮点运算,对于64位双精度浮点数的运算都是通过软件实现的,所以其运算速率会慢很多。另外CLA不支持64位数。

在这个实例中,我们可以分别观察float类型变量和long double类型变量的汇编代码如下:
C code: CLATMPDATA2=CLATMPDATA2+11.7;

如果CLATMPDATA2是float型变量,则相应的汇编代码为:
00c08d: E80209D8 MOVIZ R0, #0x413b 1cycle
00c08f: E2AF0112 MOV32 R1H, @0x12, UNCF 1cycle
00c091: E8099998 MOVXI R0H, #0x3333 1cycle
00c093: E7100040 ADDF32 R0H, R0H, R1H 2cycle
00c095: 7700 NOP 1cycle
00c096: E2030012 MOV32 @0x12, R0H 1cycle

如果CLATMPDATA2是long double型变量,则相应的汇编代码为:
00c08b: 7680005A MOVL XAR6, #0x00005a 1cycle
00c08d: 8F00005A MOVL XAR4, #0x00005a 1cycle
00c08f: 8F40C26A MOVL XAR5, #0x00c26a 1cycle
00c091: FF69 SPM #0 1cycle
00c092: 7640C0C9 LCR FD$$ADD 4cycle(跳转耗时)
+25cycle(FD$$ADD函数内部需要25cycle)

可以看出CPU对float类型数执行一次加法耗时7个cycle,对long double类型数执行一次加法耗时33个cycle。

三、结论

1.C2000的CPU和CLA默认的舍入模式不同,在计算浮点数时可能会得到不同的结果,但是我们可以通过代码改变其舍入模式得到相同的结果。

2. 单精度浮点数经过多次计算后可能会有较大误差,可以通过将变量定义为64位long double型解决精度问题。

3. C28x CPU只支持单精度(32位)的硬件浮点运算,对于64位双精度浮点数的运算都是通过软件实现的,所以其运算速率会慢很多。在下一代的C2000产品中我们会实现对64位双精度浮点数运算的硬件支持。

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