AURIX? TC4x CDSP Software功能介紹和使用

引言

CDSP SW（Converter Digital Signal Processor software）是專(zhuān)用于TC4x CDSP 硬件模塊的軟件包。

CDSP SW 以二進(jìn)制文件和頭文件提供，用戶(hù)通過(guò)配置參數并將其存儲在 CDSP 的 DCCM 中來(lái)實(shí)現特定的濾波功能，通過(guò)將指令二進(jìn)制代碼存放在CDSP的ICCM來(lái)實(shí)現算法，在 TriCore? 核上運行的應用程序無(wú)需調用API 即可實(shí)現 CDSP SW 的濾波功能來(lái)對外部輸入信號進(jìn)行處理。

CDSP 結構

CDSP包括一個(gè) Synopsys DesignWare? ARC? EM5D(ARC) DSP 內核，3 KB 指令存儲器 (ICCM)、3 KB 數據存儲器 (DCCM) 。

Figure 1. CDSP architecture

CDSP 以 f_ADC頻率運行(160MHz)， CDSP作為一個(gè)外設，由Tricore控制其復位、運行等。

Figure 2. CDSP input and output interface

CDSP可以處理來(lái)自DSADC (Δ-Σ ADC)、EXMOD (外部調制器)、TMADC (分時(shí)復用 ADC)、CARMAG (載波調制器) 或GP (通用) 寄存器的信號。

CDSP處理完成，產(chǎn)生的結果存放在結果寄存器RES0，RES1和RES2或DCCM，并且RES0有一個(gè)深度為4的FIFO用于結果緩存。

CDSP的基本的運行邏輯為：外部的觸發(fā)信號（比如輸入的寄存器結果值更新）觸發(fā)CDSP工作，CDSP計算完成，產(chǎn)生CDSP結果，并觸發(fā)Tricore中斷，由Tricore拿到CDSP結果值進(jìn)行后續運算。

CDSP SW工作原理

CDSP SW 正常工作下，CDSP 內核會(huì )交替處于休眠和喚醒狀態(tài)，以處理輸入采樣。

在配置好輸入信號源后（每次只能配置一個(gè)輸入信號用于喚醒），當CDSP 內核接收到新的輸入采樣時(shí)，就被喚醒并轉換到喚醒狀態(tài)，以處理新的輸入采樣，處理完成后，生成結果到結果寄存器，然后再進(jìn)入休眠。

Figure 3. CDSP sleep and wake-up

CDSP_DSPa_DSPCFG 寄存器中的 INPSEL 位選擇哪個(gè)輸入采樣到達會(huì )喚醒 CDSP 內核。例如，如果將 DSADC0 配置為 CDSP 內核的喚醒源，那么每個(gè)新的 DSADC0 輸入采樣都將喚醒 CDSP 內核。一旦 CDSP 內核被喚醒，它就會(huì )開(kāi)始執行加載的濾波器鏈 (FC)，直到產(chǎn)生結果到結果寄存器，CDSP 內核便進(jìn)入休眠狀態(tài)。

新輸入采樣的到來(lái)會(huì )再次喚醒 CDSP 內核，并重復上述過(guò)程。如果在 CDSP 內核仍在處理當前樣本時(shí)（CDSP 內核仍處于喚醒狀態(tài)），有新樣本到來(lái)，則會(huì )產(chǎn)生喚醒錯誤。所以，用戶(hù)使用時(shí)需要注意選擇的濾波器鏈對一個(gè)輸入樣本的處理時(shí)間必須小于兩個(gè)連續輸入樣本之間的時(shí)間間隔。

CDSP SW 運行過(guò)程

CDSP SW 的執行主要分為三個(gè)階段：

• 啟動(dòng)

在啟動(dòng)階段，CDSP 內核處于停止狀態(tài)，CDSP SW 代碼被復制到 ICCM 中，并將CDSP SW 的配置參數復制到DCCM 存儲器中。

• 運行時(shí)：初始化

一旦 CDSP 內核從停止狀態(tài)轉換到運行狀態(tài)，CDSP SW 就開(kāi)始執行。CDSP SW 執行的第一階段稱(chēng)為 "初始化"，只執行一次。

在這一階段，CDSP 濾波器鏈的所有配置參數都被初始化，CDSP SW 準備好處理輸入采樣。在這一階段結束時(shí)，CDSP 內核轉入休眠狀態(tài)，等待輸入采樣到達配置的輸入源。如果存在配置參數無(wú)效，CDSP將進(jìn)入錯誤狀態(tài)（死循環(huán)）。

• 運行時(shí)：主循環(huán)

每當有新的采樣到達配置的 CDSP 輸入源，就會(huì )觸發(fā)喚醒事件，將CDSP 內核從休眠狀態(tài)喚醒。喚醒后，CDSP 內核開(kāi)始執行濾波器鏈，從而對輸入信號進(jìn)行處理。

下圖展示了一個(gè)通用 FC （Filter Chain）的 CDSP SW 主循環(huán)執行序列，用于處理單個(gè)輸入采樣。

Figure 4. CDSP SW execution time

如上圖所示，CDSP 內核在喚醒 (t_wu)、讀取輸入采樣 (t_Rd)、寫(xiě)入輸出采樣 (t_Wr) 和過(guò)渡到休眠狀態(tài) (t_t-slp) 的時(shí)間消耗都是固定數量的時(shí)鐘周期 ， 與 CDSP SW 配置無(wú)關(guān)， 而濾波器塊執行時(shí)間（t_FB）取決于濾波器鏈的配置。

例如，在中值濾波功能中，濾波執行時(shí)間（t_FB）會(huì )隨著(zhù)中值濾波器濾波器長(cháng)度的增加而增加。用戶(hù)需要確保一個(gè)輸入采樣的總執行時(shí)間（t_TOTAL）不超過(guò) CDSP SW 兩個(gè)連續輸入采樣之間的持續時(shí)間，否則會(huì )進(jìn)入錯誤狀態(tài)。

CDSP SW對單個(gè)輸入采樣運算的總執行時(shí)間公式如下：

t_TOTAL = t_wu + t_Rd + t_FB + t_Wr + t_t-slp

CDSP執行完成濾波鏈路并將輸出結果寫(xiě)入輸出寄存器后，DSP 內核將轉入睡眠模式，直到下一個(gè)喚醒信號到來(lái)。

CDSP SW 功能

CDSP SW 中實(shí)現了以下濾波器模塊：

• SDA：簡(jiǎn)單數據累積濾波器

• DA：數據累加濾波器

• MAT：數學(xué)運算濾波器（函數）

• AVG：平均值濾波器

• MDN：中值濾波器

• STAT0：統計運算濾波器

• FIR：有限脈沖響應濾波器

• IIR：無(wú)限脈沖響應濾波器

• FFT：快速傅立葉變換濾波器（函數）

• LO：龍貝格觀(guān)測器濾波器（函數）

FCM，FC0-FC9共11個(gè)濾波鏈路是由上述濾波器組合形成的11個(gè)功能，如下圖所示。

Figure 5. Filter chains with containing filter blocks

每一個(gè)CDSP可以選擇其中任意一個(gè)濾波鏈路，并進(jìn)行參數配置，應用于實(shí)際需求。

CDSP SW 通過(guò)可執行二進(jìn)制文件提供，有 .bin、.hex、.h 和 .mem 4種格式，這些文件都包含相同的信息，用戶(hù)根據需要選擇文件格式進(jìn)行集成。

除 FC5 濾波器鏈由兩個(gè)單獨的二進(jìn)制文件實(shí)現外，其他各個(gè)濾波器鏈都由一個(gè)二進(jìn)制文件實(shí)現。

Figure 6. DCCM memory map for different filter chains

如圖所示是一個(gè)DCCM參數配置表的示意圖，有4種數據結構，根據選擇的濾波功能不同，用戶(hù)實(shí)例化其中一個(gè)數據結構并對關(guān)聯(lián)的參數進(jìn)行配置，來(lái)實(shí)現特定功能。

用戶(hù)在Tricore應用程序中實(shí)例化一個(gè)數據結構后，將其加載到 CDSP 的 DCCM 存儲中，并將對應的二進(jìn)制文件加載到 CDSP的 ICCM存儲中，即完成了功能集成。在運行期間，一次只能在 ICCM 中加載和執行一個(gè)濾波器鏈。

CDSP SW 使用實(shí)例

CDSP SW的使用非常方便，只需要配置相應的參數，并將配置參數放置到DCCM，把對應的運算功能代碼放到ICCM，啟動(dòng)CDSP即可得到結果。

這里以FC9（基礎中值濾波功能）和FC7（數學(xué)運算）為例，介紹使用方法。

Figure 7. CDSP Basic Median （FC9）

FC9的功能為計算幾個(gè)輸入信號的中值，計算速率可以達到1MSPs。

Figure 8. CDSP Basic Median configuration parameter

FC9的輸入信號數量可以選1、3、5、7、9。

使用FC9功能，只需要設置CDSP的首位輸入地址以及濾波信號長(cháng)度，這里輸入地址是0x0000906CU（映射地址為T(mén)MADC0_AW0_RES0），濾波信號長(cháng)度為9。

配置代碼如下：

將FC9的代碼放到ICCM中，以及將配置的參數放到DCCM中，完成對FC9基礎中值濾波的CDSP功能配置。

在每一次TMADC0_AW0_RES0更新后，觸發(fā)CDSP執行FC9的功能，得出最近9個(gè)輸入的TMADC0_AW0_RES0的 中值。

9個(gè)輸入量分別是：991、990、991、991、990、990、990、991、989，中值為990，CDSP輸出結果正確。

9個(gè)輸入量分別是：991、991、991、991、991、990、990、991、991，中值為991，CDSP輸出結果正確。

Figure 9. CDSP Basic Data Accumulation（FC7）

FC7的功能分為兩個(gè)運行段，第一段是對輸入的2個(gè)信號進(jìn)行數學(xué)運算，第二段是將第一段的結果進(jìn)行累加，兩段都可以對各自的輸出結果進(jìn)行結果向右位移，即除法運算。

Figure 10. Functional block diagram of Math filter

A和B進(jìn)行運算，A為寄存器結果，B為寄存器結果或者為給定數值，A和B進(jìn)行數學(xué)運算，并將結果進(jìn)行位移。

Figure 11. Math filter configuration parameters

FC7的MAT部分參數說(shuō)明，可以選擇加、減、乘、除 。

Figure 12. SDA filter configuration parameters

FC7的SDA部分參數說(shuō)明，輸入的信號數量可以是1-16，右移0-4位。

FC7的功能使用，只需要設置CDSP的首位輸入地址，第二個(gè)輸入參數，數學(xué)操作，累加運算信號數量，位移，這里首位輸入地址是0x0000906CU（映射地址為T(mén)MADC0_AW0_RES0），第二個(gè)輸入參數設置為固定值1000，數學(xué)運算為首位輸入地址信號+第二個(gè)輸入參數，累加運算長(cháng)度為4，然后除以2，最終結果為平均值的2倍。

數學(xué)運算式：[(A1+B)+(A2+B)+(A3+B)+(A4+B)]/2。

配置代碼如下：

在將FC7的代碼放到ICCM中，以及將配置的參數放到DCCM中，完成對輸入信號的數學(xué)運算的CDSP功能配置。

以上實(shí)現了FC9和FC7功能。

總結

CDSP SW是英飛凌基于CDSP硬件模塊開(kāi)發(fā)的軟件包，以二進(jìn)制文件和頭文件方式提供，使用便捷，功能豐富，可以用于旋變解碼、發(fā)動(dòng)機爆震、電壓監測和濾波等場(chǎng)景。

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REFERENCES

[1] Infineon-AURIX-TC4Dx-UM-v01_00-EN

[2] AURIX_TC4x_CDSP_PROD_V0.4.1-PR1_UserManual

[3] https://mp.weixin.qq.com/s/c1bjycblTr1oEyvPQWjQcg accessed on 20.11.2024 14:20 CST.