并行多線程處理器MC3172

最近，朋友送了塊小板子，板子上的MCU是個很有意思的東西——并行多線程處理器MC3172 。

通俗地說，這顆MCU的內(nèi)部實現(xiàn)了類似RTOS多線程的功能。但是MC3172 編程與RTOS編程的最大區(qū)別就是：

• MC3172多線程絕對并行運行，沒有切換抖動及開銷。

• MC3172無線程優(yōu)先級、優(yōu)先級反轉(zhuǎn)、死鎖等概念。

• MC3172所有中斷都可以安排專門線程處理，沒有中斷嵌套和延遲。

• MC3172各線程同步并行運行，互不阻塞，互不干擾。

• MC3172線程響應(yīng)的確定性相對于RTOS更為精確。

MC3172簡介

MC3172 是廈門感芯科技的一款32 位 RISC并行多線程實時處理器。基于RISC-V RV32IMC 指令集， 100%單周期指令， 最高200MHz主頻， 3.37coremark/MHz?？梢源鎸崟r操作系統(tǒng)， 實現(xiàn)程序的模塊化與復(fù)用性。

相關(guān)資料可在感芯官網(wǎng)下載。鏈接：

http://www.gxchip.cn/

MC3172 特性：

MC3172實踐

MC3172的開發(fā)環(huán)境使用的是國產(chǎn)軟件——MounRiver Studio。

MounRiver Studio下載鏈接：

http://www.mounriver.com/download

我們簡單看一下MC3172的demo工程：

1、MC3172文件夾

MC3172存放MC3172編程核心文件。

線程配置工具可對各線程進行配置：

可以配置線程時鐘源、頻率、?？臻g、存儲器分配等信息。

MC3172支持64路線程同步并行運行， 其中分為4個線程組，每個線程組16線程，每個線程組里的線程編號如上圖所示。其中，不使用的線程可以設(shè)置為空閑線程，空閑線程完全不運行，不產(chǎn)生功耗。

每個線程都有自己獨立的?？臻g ，在數(shù)據(jù)空間允許范圍內(nèi)可隨意分配，但需要確保所有非空閑線程所占的數(shù)據(jù)空間不超過數(shù)據(jù)空間的大小。

MC3172.h存放外設(shè)地址相關(guān)宏定義及其配置宏，如：

類似于ST的stm32fxxx.h。

thread_config.h為線程配置文件，由線程配置工具生成：

MC3172.lds為鏈接腳本，由線程配置工具生成

thread_start.c為啟動線程相關(guān)的源文件：

#ifndefTHREAD_START_C
#defineTHREAD_START_C
#include"./MC3172.h"
#include"./thread_config.h"

voidthread1_initial(void)
{
#ifdefROTHD_THREAD1_VALID
externvoidthread1_main(void);
rothd_set_sp_const(ROTHD_THREAD1_STACKCFG_VALUE|0x20000000);
thread1_main();
#endif
}
voidthread2_initial(void)
{
#ifdefROTHD_THREAD2_VALID
externvoidthread2_main(void);
rothd_set_sp_const(ROTHD_THREAD2_STACKCFG_VALUE|0x20000000);
thread2_main();
#endif
}

//省略部分代碼......
void(*thread_initial_pointer[64])(void)={
&thread0_initial,
&thread1_initial,
&thread2_initial
//省略部分代碼......
}

voidthread_start(void)
{
(*thread_initial_pointer[THREAD_ID])();
}

程序運行的入口函數(shù)為：thread_start ，從鏈接腳本里可以知道：

thread_start里的THREAD_ID為線程ID值，直接從0x50000000地址中讀出：

#defineTHREAD_ID(*(volatileu8*)(0x50000000))

猜測：0x50000000地址里的ID值會不斷變化，通過某種機制跳轉(zhuǎn)，遍歷執(zhí)行thread_initial_pointer函數(shù)指針數(shù)組里的各個線程函數(shù)。

threadx_initial里初始化線程棧，并執(zhí)行線程主體，如

voidthread_end(void)
{
while(1);
}

voidthread1_main(void)
{
while(1){
//usercodesection
}
thread_end();
}

這是用戶代碼，我們可以在各個線程主體函數(shù)里邊編寫我們的應(yīng)用代碼。

2、Release文件夾

Release文件夾里存放的是編譯生成的固件程序，通過 開發(fā)板程序下載工具 可進行下載：

3、USER_CODE文件夾

USER_CODE文件夾存放用戶代碼：

MC3172 是一顆并行并行多線程實時處理器，我們下面來看看其多線程并行執(zhí)行的特性。

我們編寫兩個線程，線程進行相同的配置，兩個線程分別對兩個IO進行翻轉(zhuǎn)，測試代碼如：

voidLED0_GPIOA_PIN0_TEST(void)
{
//啟動GPIOA并設(shè)置特權(quán)組及時鐘頻率
INTDEV_SET_CLK_RST(GPIOA_BASE_ADDR,(INTDEV_RUN|INTDEV_IS_GROUP0|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV2));

//使能GPIOAPIN0引腳
GPIO_SET_OUTPUT_EN_VALUE(GPIOA_BASE_ADDR,GPIO_PIN0,GPIO_SET_ENABLE);

while(1)
{
//GPIOAPIN0輸出1
GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_1(GPIOA_BASE_ADDR,GPIO_PIN0);

//延時
for(u32var=0;var5000;++var)
{
NOP();
}

//GPIOAPIN0輸出0
GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_0(GPIOA_BASE_ADDR,GPIO_PIN0);

//延時
for(u32var=0;var5000;++var)
{
NOP();
}
}
}

voidLED1_GPIOA_PIN1_TEST(void)
{
//啟動GPIOA并設(shè)置特權(quán)組及時鐘頻率
INTDEV_SET_CLK_RST(GPIOA_BASE_ADDR,(INTDEV_RUN|INTDEV_IS_GROUP0|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV2));

//使能GPIOAPIN1引腳
GPIO_SET_OUTPUT_EN_VALUE(GPIOA_BASE_ADDR,GPIO_PIN1,GPIO_SET_ENABLE);

while(1)
{
//GPIOAPIN1輸出1
GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_1(GPIOA_BASE_ADDR,GPIO_PIN1);

//延時
for(u32var=0;var5000;++var)
{
NOP();
}

//GPIOAPIN1輸出0
GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_0(GPIOA_BASE_ADDR,GPIO_PIN1);

//延時
for(u32var=0;var5000;++var)
{
NOP();
}
}
}

////////////////////////////////////////////////////////////


voidthread_end(void)
{
while(1);
}

////////////////////////////////////////////////////////////

voidthread0_main(void)
{
while(1){
//usercodesection
}
thread_end();
}

////////////////////////////////////////////////////////////

voidthread1_main(void)
{
while(1){
//usercodesection
LED0_GPIOA_PIN0_TEST();
}
thread_end();
}

////////////////////////////////////////////////////////////

voidthread2_main(void)
{
while(1){
//usercodesection
LED1_GPIOA_PIN1_TEST();
}
thread_end();
}

燒錄程序，使用邏輯分析儀抓取GPIOA_PIN0及GPIOA_PIN1引腳電平變化如：

可見，這兩個波形是完全同步的，CPU同時在干兩件事情，實現(xiàn)了與RTOS多線程同樣的效果。

心得與總結(jié)

嵌入式開發(fā)，是軟件+硬件結(jié)合，兩者互補。如果硬件功能很強大，則軟件可能可以設(shè)計得比較簡單；如果硬件功能有限，則軟件方面可能得考慮比較多的方面。

比如：

• 一些軟件算法，需要多傳感器數(shù)據(jù)輸入進行融合，則功能實現(xiàn)可能比較簡單，但實際可能為了降成本，減少一些傳感器，這時候需要實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的功能，則軟件算法上得下更大的功夫。

• 對于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理，在通用的MCU上就可以處理，但對于一些比較復(fù)雜的數(shù)字信號處理，則可能使用一些帶有DSP處理器的MCU。

特別的，對于芯片內(nèi)部IC電路來說，如果內(nèi)部有相關(guān)模塊可以實現(xiàn)某些功能的話，則對應(yīng)的軟件編程會簡單很多，而且硬件實現(xiàn)的比軟件實現(xiàn)的效率要高。

硬件實現(xiàn)的多線程編程確實優(yōu)于RTOS編程，但實際開發(fā)中產(chǎn)品軟硬件架構(gòu)需要考慮多個方面，比如芯片的穩(wěn)定性以及軟件生態(tài)等方面。

并行多線程實時處理器是個好東西，但目前并行多線程實時處理器還處于起步階段，還有很多東西需要完善，需要我們多支持與傳播，只有生態(tài)起來了，將來我們才有機會用得上。