Mikrocontroller-Differenzierung durch innovative Peripherals (Teil 2 von 2)

Co-Prozessoren Mikrocontroller-Differenzierung durch innovative Peripherals (Teil 2 von 2)

30.09.2016 Dirk Jansen *

Anbieter zum Thema

Texas Instruments Deutschland GmbH

MicroConsult Academy GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Im zweiten Teil unseres Artikels zeigen wir, wie Sie mit integrierten digitalen Helfern, wie Realtime-CLA, arithmetischen TMU-, VCU-oder Programmable Realtime Unit(PRU)-Co-Prozessoren, in MCUs oder MPUs harte Echtzeit schaffen können, ohne den Hauptprozessor zu belasten.

C2000 Delfino MCUs F28377S LaunchPad Development Kit von Texis Instrumens: Auf Basis der C2000 Realtime -Mikrocontrollerfamilie von Texas Instruments lässt sich harte Echtzeit auch auf MCU-Systemen realisieren, die mit nur einer MCU und moderaten Taktfrequenzen auskommen müssen.(Bild: Texas Instrumens) — C2000 Delfino MCUs F28377S LaunchPad Development Kit von Texis Instrumens: Auf Basis der C2000 Realtime -Mikrocontrollerfamilie von Texas Instruments lässt sich harte Echtzeit auch auf MCU-Systemen realisieren, die mit nur einer MCU und moderaten Taktfrequenzen auskommen müssen.
(Bild: Texas Instrumens)

Der gezielte und effiziente Einsatz von Co-Prozessoren kann das Leben eines Entwicklers enorm vereinfachen. Im ersten Teil unseres Beitrags zur MCU-Differenzierung haben wir gezeigt, dass der Einsatz zusätzlicher Mikrocontroller oder eine Erhöhung der Taktfrequenz nicht immer eine geeignete, geschweige denn eine elegante oder kostengünstige, Lösung darstellt.

An dieser Stelle möchte ich näher auf die C2000 Realtime MCU Familie von Texas Instruments eingehen, die vorgestellten Realtime-Herausforderungen durch den Einsatz von spezifischen Co-Prozessoren löst. Dadurch wird die gesamte Performance des Systems erheblich erhöht und erlaubt harte Echtzeit auch auf MCU-Systemen mit moderaten Taktfrequenzen.

Beschleuniger an Bord

Die wichtigsten Hardware-Beschleuniger, auf die ich in dieser Lösung näher eingehen möchte, sind die Floating Point Unit (FPU), der Realtime Control Co-Processor (CLA), die Trigonometric Math Unit (TMU) sowie die Viterbi-Complex Math-CRC Unit (VCU).

Das Herz der C2000 Produkte ist eine C28 32-bit Fix-Point DSP-CPU, deren Befehlssatz und interne Struktur exzellent für jede Art von DSP- und Regelalgorithmen konstruiert wurde. Programmierbarkeit in „C“ und Existenz vieler applikationsspezifischer Bibliotheken erleichtern die Entwicklung.

Floating-Point Unit (FPU)

Der Entwurf von geregelten Systemen beginnt häufig mit Simulationstools, die Floating-Point Arithmetik benutzen. Die Portierung dieser Lösungen (z.B. als C-Quellcode) kann am einfachsten geschehen, wenn der Zielmikrokontroller bereits nativen FP-Support bietet.

Tabelle 1: Fließpunkteinheit vs. Fix-Point Arithmetik(Bild: Texas Instruments) — Tabelle 1: Fließpunkteinheit vs. Fix-Point Arithmetik
(Bild: Texas Instruments)

Die Vorteile von Floating-Point gegenüber Fix-Point Arithmetik sind desweiteren der große Dynamikumfang, der keine Skalierung und Saturierung benötigt. Der erzeugte Code wird somit robuster, da es keine Under- oder Overflow Conditions gibt. Mit der FPU ist somit IEEE-754 single-precision Fliesskommaberechnung in das C28 Instruktionsset integriert. Durch die enge Einbettung in die Pipeline des C28 können einige Instruktionen sogar parallel abgearbeitet werden. Beim Einsatz in Standardalgorithmen kann eine Laufzeitverbesserung bis Faktor 2.5 erreicht werden.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Teil1: Mikrocontroller-Differenzierung durch innovative Peripherals

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Stand: 08.12.2025

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