在追求创新的道路上，英飞凌（Infineon）再次领导行业，推出突破性的PSoC™ 4000T 微控制器。全球知名的电子元器件授权代理商富昌电子（Future Electronics）现为各类低功耗触控应用，提供具有出色信噪比、防水性能和多模式感应功能的PSoC™ 4000T 系列产品，并限时提供免费开发板申请服务。

PSoC™ 4000T 微控制器扩展了 PSoC™ 4 产品系列 Arm® Cortex-M0®+ 微控制器，采用英飞凌第 5 代高性能 CAPSENSE™ 电容式感应技术。与前几代 CAPSENSE™ 相比，英飞凌的第 5 代 CAPSENSE™ 技术可提供 10 倍的 SNR（信噪比）性能，同时将功耗降低 10 倍。

通过软件和封装兼容性，利用先进的第 5 代 CAPSENSE™ ，PSoC™ 4000T 系列为 PSoC™ 4000 和 PSoC™ 4000S 设计提供了一条简单的升级路径。PSoC™ 4000T 系列支持各种低功耗应用，包括穿戴式、耳戴式和智能连接的物联网设备。

并行处理单元（PPU）是集成在英飞凌AURIX™ TC4x微控制器系列中的协处理器。PPU旨在卸载主CPU的信号处理、滤波和其他数学运算，从而为要求严格的应用程序（例如实时控制、传感器信号处理和轨迹规划等）提供高计算能力和缩短执行时间，并且能支持实现简单的神经网络算法。

 本文将简要介绍PPU的内部结构、功能和应用领域。

1. PPU内部结构

图1.  TC4x微控制器示意框图 

图1是TC4x 微控制器示意框图，图中右上角是PPU的简化结构，由标量核（scalar core），向量核（vector core/SIMD core），一级缓存，及其它系统资源组成。

01）标量核（Scalar Core）：标量核用于执行大量的标量运算，以及任务调度。标量核支持多种算术运算和逻辑运算，还支持硬件浮点运算，从而实现更高的计算效率。另外，标量核提供丰富的硬件功能安全机制，可以辅助实现高功能安全等级的任务。

02）向量核（Vector core/SIMD Core）：向量核是 PPU 的另一个重要功能模块，专门用于执行向量运算。向量核支持多种向量算术运算、逻辑运算和专用信号处理，支持整型数和浮点运算，从而实现更高的计算效率。向量核还支持多级流水线和 SIMD（single instruction multiple data，单指令多数据）指令，对不同数据同时执行同样的操作，通过并行执行多个向量运算来提高效率。

03）一级缓存：一级缓存是PPU用于保存计算输入和输出数据的存储空间。由于结构上和运算核紧密耦合，该缓存可以在PPU 的执行过程中对状态进行快速读写，并且有EDC/ECC保护，从而实现更高的执行效率和更高的可靠性。

04）其它系统资源：包括用于快速数据搬运的DMA，共享内存区等等。

2. SIMD 和VLIW指令 

2.1 SIMD（Single Instruction Multiple Data）指令

SIMD（Single Instruction Multiple Data）指令是一种并行指令，可以同时对多个不同数据进行相同的操作。这种指令可以大幅提高计算效率，特别是在执行向量运算时效果更为明显。

PPU 的 SIMD 指令集包括多种运算指令，如数学运算、逻辑运算等。这些指令都是并行指令，可以同时对多个数据进行操作，从而大幅提高计算效率。例如，PPU 的 SIMD 加法指令可以一次性对多个数据进行加法运算，从而实现更高的计算速度。

下面是一个示例，假设有两个向量 A 和 B，每个向量包含 16 个 16 位整数 ，要计算 A 和 B 的和。如果使用不支持SIMD指令的标量核，代码示例如下，需要进行16次循环运算，将不同的A[i]、B[i] 数据依次顺序进行加法操作，相当费时。

而如果使用支持SIMD指令的 PPU进行运算，则可以一次完成，假设PPU位宽是256bit（=16*16bit）:

由此可见，支持SIMD指令的PPU在进行向量运算时，通过降低同样运算的处理次数，从而有效节省运算时间，提高处理效率。

2.2 VLIW（Very Long Instruction Word）指令

VLIW（Very Long Instruction Word）是一种处理器的并行架构，允许在单个时钟周期内，由处理器的不同部件同时执行多个操作。

例如，如果要执行两个复向量A和B的乘法 ，结果存储在向量C中。

C语言实现如下：

如果在标量核上运算，会顺序执行下列代码，并循环多次：

PPU内的向量核有三个处理单元，包括两个浮点运算器，和一个读取/存储部件用于将RAM中的数据搬运到核内寄存器。这三个部件可以同时运行，形成指令层面的并行机制，从而实现VLIW指令。

上列代码由PPU处理，可以将第4和第5行的乘法运算分别分配给两个浮点运算器同时处理，如下红框所示。而在下个指令周期内，第7，8，9行的指令可以分配给三个部件同时处理，如下蓝框所示。从而将原先需要12条指令周期运行的代码缩短到9条（12-1-2=9）指令周期，提高执行效率。

3.  应用场景

PPU适用于不同应用场景，图2 列出了三种较常见的算法。第一种是将时域信号转变为频域信号，以提取频率信息的快速傅里叶变换（FFT）。FFT 在数字信号处理中得到了广泛的应用，如音频信号处理、毫米波雷达信号处理等。

图2. PPU实现的算法

第二种是多层感知算法，它是一种基于人工神经网络的机器学习算法，可以用于分类、回归和模式识别等应用。MLP 由多个神经元组成，每个神经元都包含多个输入和一个输出。MLP 通过学习输入和输出之间的映射关系，从而实现对新数据的预测和分类。MLP 在机器学习和数据挖掘中得到了广泛的应用。除此之外，MLP 还可以用于控制和优化问题。例如，MLP 可以用于控制系统和过程控制，如传感器信号处理分类、辅助驾驶、自动驾驶等。

第三种是卡尔曼滤波，该算法是一种基于状态空间模型的滤波器，可以用于估计未知变量的状态和参数。卡尔曼滤波通过利用系统的动态模型和传感器的观测值，递归地对状态进行估计和预测，从而实现对系统的状态进行优化和控制。卡尔曼滤波在自动控制和信号处理中得到了广泛的应用，例如，卡尔曼滤波可以用于目标跟踪、路径规划算法等。

4. 开发工具

新思科技（Synopsys）为PPU提供了丰富的开发工具资源【1】，包括Metaware编译器及软件组件，下列表格列出了相关工具组件：

表1. 新思科技提供的PPU工具组件

上述PPU开发工具链，除了新思科技可提供外，Hightec 在提供TC4x TriCore™ CPU编译器的同时，也集成了Metaware编译工具，及相关软件组件【2】，形成完整的TC4x开发环境工具链。该工具链符合ISO26262 ASIL D，能帮助客户实现快速、可靠、高功能安全等级的基于TC4x微处理器的汽车软件开发。

此外，Tasking也开发了PPU的编译器，并集成在新的SmartCode开发环境中。

5. 总结

总的来说，PPU是一个性能强大的处理器，内部包含标量核、向量核、一级缓存和其它系统资源 等，可以实现高速数字滤波、向量矩阵运算、浮点运算、简单的神经网络等，为要求严格的实时计算应用提供了显着的性能优势。PPU为Tricore 主核卸载了复杂的信号处理和数学运算，使得执行时间更快，而其高可配置性和专用硬件资源使其非常适用于各种应用程序。使用户有更多选择余地，使用不同核构架实施不同性质的运算。

参考文献：

`Synopsys ARC MetaWare Toolkit for Infineon AURIX TC4x’

进一步丰富TXZ+™族高级系列的M4K组，将代码闪存扩充至512 KB／1 MB

新旗舰产品，超低功耗，物超所值

服务多重电子应用领域、全球排名前列的半导体公司意法半导体(STMicroelectronics,简称ST;纽约证券交易所代码:STM)发布了注重节能降耗和成本效益的新一代微控制器。与上一代产品相比，新一代能耗降低高达50%。高能效可以减少电池更换次数，最大限度降低废旧电池的环境影响，让更多设计人员选用无电池设计，采用太阳能电池等能量收集系统给设备供电。

当前全世界都在寻求可持续发展，智能建筑和物联网(IoT)技术是提高能源和资源管理效率的重要手段。智能建筑和物联网(IoT)离不开智能传感器和执行器。意法半导体微控制器是智能传感器和执行器的重要组件，负责管理数据采集、过滤、分析和行动决策过程，并与云端高级应用通信。目前全球有数十亿这样的MCU在运转，随着智慧生活工作不断发展，未来还需要数十亿颗类似的芯片。

意法半导体通用MCU部门总经理Patrick Aidoune解释道：“这些无处不在的设备尽可能少用电量是非常重要的，因为这有助于最大限度地减少在其他地方浪费的电能。今天推出的STM32U0新系列微控制器把这个概念提升到了一个新的层级，采用我们的成熟的超低功耗技术，耗电量非常小，在工业传感器管理等小体积专用设备内，使用相同容量的电池，这款MCU可将电池续航时间延长一倍。因此，开发者可以为各种工业、医疗和消费设备增加更先进的功能，提供具有成本效益的解决方案。”

在竞争激烈的全球半导体市场，制造商一直在努力缩短产品上市时间。同时，他们对流畅、高分辨率图形显示器的需求也在日益增长。为了满足这些市场需求，英飞凌科技股份公司（FSE代码：IFX / OTCQX代码：IFNNY）宣布与科尤特（Qt Group）展开战略合作。科尤特是一家全球软件公司，为整个软件开发生命周期提供跨平台解决方案。此次合作将科尤特的轻量级、高性能图形框架加入到英飞凌拥有图形功能的TRAVEO™ T2G cluster微控制器系列，标志着图形用户界面（GUI）开发模式的转变。

TRAVEO T2G集群

如今的微控制器具有丰富的图形功能，能够实现紧凑设计、高成本效益和更低的功耗。凭借即时启动、占用空间小和实时处理效率高等特点，它们被广泛应用于汽车仪表盘、两轮车、建筑机械、工业、医疗等各个领域。英飞凌的TRAVEO T2G MCU专为满足这些应用需求而设计，尤其是TRAVEO T2G cluster系列。该系列器件可为图形用户界面提供出色的刷新率和达到全高清水平的分辨率。英飞凌通过将Qt图形解决方案直接集成到这些MCU中，进一步优化了这些器件并实现了智能渲染技术，其优点包括：

• 内存利用效率较市场平均水平提高多达5倍。

• 启动时间较市场平均水平加快多达2倍。

• 产品从设计到生产的上市时间缩短多达50%。

科尤特MCU产品总监Toni Paila表示：“无论是在汽车、医疗还是工业自动化领域，图形质量高的响应式用户界面都必不可少。但用于这些应用的MCU一般缺少集成化的高级设计和开发工具，尤其是适用于现代用户界面的工具。因此，我们十分高兴能够帮助英飞凌填补这一缺口，使设备制造商能够在他们的MCU上提供出色且内存占用少的用户界面，最终让设计人员能够创造出之前因资源限制而被认为不可能实现的图形用户界面。”

英飞凌科技微控制器产品线副总裁Ralf Ködel表示：“凭借科尤特高效的设计和开发工作流程，以及30多年来在不同行业的生产经验，我们加快了用户界面应用的开发速度。通过将这一效率扩展到我们的微控制器，我们的客户可以大大缩短产品从设计到生产的上市时间。”

4月9日至11日，科尤特将在2024年德国纽伦堡嵌入式展览会（Embedded World 2024）4号展厅4-258号展位现场展示英飞凌TRAVEO™ T2G MCU。

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