微控制器（MCU）多年來一直致力于低端，數字信號處理（DSP）中心應用，數字信號控制器（DSC）中的硬件乘法累加（MAC）單元極大地擴展了DSP功能。盡管如此，集成外設和存儲器的MCU仍遠低于專用的DSP中心處理器和微處理器所提供的性能水平，這些處理器和微處理器也集成了輔助DSP內核。然而，德州儀器（TI）和恩智浦半導體等供應商提供的多核MCU產品的性能差距正在縮小。讓我們探討面向DSP挑戰的嵌入式設計人員的最新選擇，但也面臨系統占用和功耗問題，這通常會導致基于MCU的方法。

MCU中強大的以DSP為中心的功能可以追溯到十年前推出的第一款DSC。 Microchip推出了dsPIC30系列，結合了16位PIC24 MCU和硬件乘法累加（MAC）功能以及其他以DSP為中心的功能（如桶形移位器），從而創造了DSC術語。 TI以不同的方式接觸該部門，利用其DSP核心傳統的處理器技術，并將其集成到具有C2000系列內存和外設的MCU架構中。

多核MCU

上面提到的DSC架構是基于MCU或DSP遺留的單核設計。然而，最新的TI和NXP以DSP為中心的產品是真正的多核設計。每種情況下的意圖是將核心專用于最適合的任務。

TI新的Concerto系列如XF28M35H52C1RFPT結合了C28x以DSP為中心的內核，包括浮點單元（FPU），它基本上是從TMS320F283x Delfino MCU系列演變而來的，該系列采用ARM Cortex-M3 RISC內核已用于Stellaris MCU系列。實際上，使用Concerto的設計人員將兩個MCU合二為一，如框圖所示（圖1）。每個內核都有自己專用的內存和外設。還有一塊共享資源，支持電源時鐘和時鐘分配，以及處理器間通信，并實現基本的模擬外設。

圖1：TI的Concerto MCU包括獨立的RISC和以DSP為中心的內核，每個內核都有一組專用的外設和內存資源。

恩智浦在圖2所示的LPC43xx MCU系列中采用了略微不同的方法。對于初學者來說，兩個CPU都基于ARM內核。該系列不使用核心相同的同構多核方法。相反，DSP功能集中在Cortex-M4內核中，包括MAC，SIMD（單指令多數據）執行單元和FPU。同時，Cortex-M0內核是ARM為MCU提供的基準32位RISC產品。恩智浦架構提供了一組由內核共享的內存和外設功能，盡管設計可以將特定內存塊和外設專用于單個內核。

從編程角度來看，嵌入式設計人員面臨著TI和NXP多核MCU面臨的不同挑戰。在NXP的情況下，除了只有Cortex-M4支持數學指令外，內核在指令集方面基本兼容。這應該簡化應用程序開發以及將任務分配到兩個核心的過程。

圖2：恩智浦在LPC43xx中結合了ARM-Cortex-M0和-M4核心系列，內核共享一組內存和外設資源。

在Concerto的情況下，核心具有完全不同的指令集。但TI表示，其開發工具可以緩解異構內核引入的任何復雜問題。該公司為兩個內核提供ControlSUITE集成開發環境（IDE）版本，為開發團隊提供統一的開發窗口。編程通常使用高級語言完成，ControlSUITE支持雙核調試功能。有關詳細信息，請在Digi-Key網站上查看ControlSUITE產品培訓模塊。

控制任務消耗DSC

當然，問我們為什么需要具有兩個內核的MCU這一問題是公平的。 MCU部分與通用微處理器部分非常不同。在后者中，多個同構核既加速了多線程應用，又提高了單個微處理器的聚合處理能力。

在MCU的情況下，應用程序的實時控制環處理要求通常決定了處理器的選擇，并且這種控制環路通常不能分布在多個內核上。多核MCU通常將以DSP為中心的核心專用于控制環路和通用核心系統管理任務。

當然有許多已部署的示例，其中傳統DSC處理控制循環處理，同時還處理系統管理功能和通信接口。然而，TI表示，其C2000 DSC的大量用戶群將IC與通用MCU相結合。做出這個決定是因為系統管理任務會限制DSC可以處理實時控制的保真度。

讓我們考慮一個例子來說明需要兩個核心以及突出顯示其他一些Concerto功能。 Concerto MCU中的C28x內核擅長電機控制等任務。高分辨率PWM外設支持該應用。同時，一些電機控制應用還需要專門的通信，例如電力線調制解調器。 Cortex-M3 CPU可以處理高級通信功能，但需要C28x內核來處理調制解調器功能。電機控制和調制解調器算法的結合將禁止C28x內核充當系統管理器。

Concerto中使用的C28x內核包括一個稱為VCU（Viterbi數學復合單元）的硬件模塊，TI也在其他一些最近發布的C2000 MCU上提供了該模塊。圖3描繪了可能在電力線調制解調器中使用的維特比解碼鏈。在VCU上實現該算法導致的性能比使用C28x上的軟件實現可實現的性能高25倍。事實證明，雙核設計不僅能夠實現無法在單核設備中實現的應用，還能夠支持以前可能需要更高端微處理器和DSP處理器組合的應用。

圖3：對于以通信為中心的應用，如電力線調制解調器，Concerto集成了VCU（Viterbi數學復合單元），以加速維特比解碼器等應用。

確實，支持多核的MCU的不斷發展的功能將支持新的應用類，并為設計團隊帶來新的挑戰。電力線通信等應用非常復雜。 TI通過DSP內核庫和更高級別的應用程序庫提供幫助。例如，該公司提供用于電機控制，數字電源控制，電力線通信和其他功能的應用程序庫。

TI還提供了一種既定的方法，可以提供開發工具和套件，使設計團隊能夠輕松地嘗試新的基于C2000的MCU。該公司為C2000系列中的每個MCU提供所謂的ControlCARD。 ControlCARD托管處理器，并通過標準化連接器訪問所有MCU信號。設計團隊可以使用ControlCARD連接器開發單個應用板，并評估目標應用中的許多C2000 MCU。 TI還提供結合了ControlCARD和通用基板的實驗套件。對于協奏曲，TI提供TMDXCNCDH52C1 ControlCARD和TMDXDOCKH52C1實驗套件。

結論

下次遇到性能密集型設計挑戰時，請確保考慮集成多個內核的MCU的新興趨勢。正如摩爾定律推動微處理器部門采用混合均勻和異構核心的產品一樣，這一趨勢肯定會升級。在MCU領域，您可以期待專注于針對應用程序特定元素的內核的設計。對于TI和NXP，您將獲得一個RISC核心，它擅長作為系統管理器和以DSP為中心的核心來處理粒度控制環路和實時響應。編程此類設備可能比您最初預期的要簡單。