RA8x1系列MCU如何將通過FSP將代碼/數(shù)據(jù)放置到TCM中

一TCM是什么？

隨著單片機（MCU）在各種應用中的使用越來越廣泛，對其性能和響應速度的要求也越來越高。為了滿足這種需求，MCU的主時鐘頻率往往會不斷提高，以提升系統(tǒng)的處理能力和性能。然而，隨著主時鐘頻率的增加，訪問外部存儲器（如閃存、RAM）所需的訪問時間也要求相應減少，這可能會成為系統(tǒng)性能的瓶頸之一。在這種情況下，使用TCM（Tightly-Coupled Memory）成為了一種解決方案。

Tightly Coupled Memory（TCM）緊耦合內(nèi)存是通過專用的接口直接連接到處理器的存儲器區(qū)域，它提供單周期訪問，避免其他存儲器可能存在的仲裁延時和延遲。

RA8x1 Cortex-M85內(nèi)核有2種TCM類型：Instruction TCM (ITCM) 指令TCM和Data TCM (DTCM) 數(shù)據(jù)TCM。

RA8x1有64KB ITCM和64KB DTCM。

ECC保護（代碼生成和糾正邏輯）。

RA8x1支持ITCM和DTCM ECC功能，可以通過OFS2.INITECCEN設置來啟用和禁用。

RA8x1 CPU方框圖

TCM具有以下優(yōu)點：

低延遲訪問：TCM與處理器核心之間的直接連接消除了訪問延遲，使得數(shù)據(jù)和指令能夠更快速地被處理器訪問，從而提高了系統(tǒng)的響應速度。

高帶寬：TCM通常具有更高的帶寬，可以支持處理器對數(shù)據(jù)和指令的高速讀寫，提升了系統(tǒng)的整體性能。

節(jié)省功耗：由于TCM與處理器核心直接連接，不需要通過總線進行數(shù)據(jù)傳輸，因此可以降低功耗。此外，由于訪問延遲較低，處理器可以更快地完成任務并進入休眠模式，進一步降低功耗。

提高實時性能：對于需要實時響應的應用程序，TCM的低延遲和高帶寬特性使得處理器能夠更快地訪問關(guān)鍵數(shù)據(jù)和指令，從而提高了系統(tǒng)的實時性能。

增強安全性：TCM可以用于存儲敏感數(shù)據(jù)和關(guān)鍵代碼，通過與處理器核心的緊密耦合，可以降低數(shù)據(jù)泄露和惡意攻擊的風險，提高系統(tǒng)的安全性。

減少對外部存儲器的依賴：TCM可以用于存儲頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令，減少了對外部存儲器的訪問次數(shù)，降低了總體的訪問延遲和功耗。這對于一些資源有限的嵌入式系統(tǒng)尤為重要。

增強可靠性：TCM的直接連接和高速訪問特性可以提高系統(tǒng)的可靠性，減少因外部存儲器或總線故障而導致的系統(tǒng)性能下降或故障。

因此，TCM適用于許多不同的應用和場景，特別是對于需要高性能、低延遲和實時響應的應用，其優(yōu)勢更加突出。以下是一些適合使用TCM的應用和場景：

實時控制系統(tǒng)：對于需要快速響應的實時控制系統(tǒng)，如工業(yè)機器人、航空航天控制系統(tǒng)、醫(yī)療設備等，TCM可以提供所需的低延遲和高帶寬，確保系統(tǒng)能夠及時、準確地響應各種控制指令。

信號處理應用：TCM對于需要大量數(shù)據(jù)處理和信號處理的應用非常適用，例如無線通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)等。通過將頻繁訪問的數(shù)據(jù)和指令存儲在TCM中，可以提高系統(tǒng)的處理速度和效率。

物聯(lián)網(wǎng)設備：隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的普及，對于需要在資源有限的設備上實現(xiàn)高性能和實時響應的應用，TCM可以幫助提高系統(tǒng)的性能和能效，同時減少對外部存儲器和網(wǎng)絡帶寬的依賴。

高性能計算：在需要進行復雜計算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的高性能計算應用中，TCM可以提供更快速和可靠的數(shù)據(jù)訪問，從而提高系統(tǒng)的計算性能和吞吐量。

二RA8x1系列MCU如何將通過FSP將代碼/數(shù)據(jù)放置到TCM中？

瑞薩電子靈活配置軟件包（FSP）是用于嵌入式系統(tǒng)設計的高質(zhì)量增強型軟件包，支持瑞薩電子RA產(chǎn)品家族ARM微控制器，提供用戶友好的界面且可靈活擴展，確保從入門級到高性能的整個RA微控制器的軟件兼容性。FSP包括高性能、低內(nèi)存占用的業(yè)界一流的HAL驅(qū)動程序。還包含集成了Azure RTOS和FreeRTOS的中間件協(xié)議棧，能夠簡化通信和安全等復雜模塊的實現(xiàn)。e2 studio IDE提供了對圖形化配置工具和智能代碼生成器的支持，從而使編程和調(diào)試變得更加輕松快捷。

瑞薩FSP鏈接腳本提供TCM內(nèi)存區(qū)域段定義

memory_region.ld中的內(nèi)存大小定義：

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內(nèi)存區(qū)域定義：

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如下原型定義可用于將用戶代碼/數(shù)據(jù)放置到TCM中。在啟動過程中，.itcm_data和.dtcm_data區(qū)域?qū)⑼ㄟ^閃存中存儲的初始化代碼進行數(shù)據(jù)初始化。.dtcm_bss區(qū)域已初始化為零。

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FSP中的ITCM段定義：

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FSP中的DTCM段定義：

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三TCM例子分析

下圖是一個RA8x1 MCU實際使用TCM的例子，它使用了ITCM和DTCM。圖片中的右邊為RA8x1 MCU的系統(tǒng)地址空間。

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具體分析過程為：

1紫色的代碼“uint16_t i;”全局變量，它運行的時候，分配的地址是在從0x2200_0000開始的On-chip SRAM中。

2紅色的代碼“BSP_PLACE_IN_SECTION(“.dtcm_data”)uint8x16_t rega_8, regb_8, regc_8, regd_8;”，全局變量，但是由于這些變量前面添加了BSP_PLACE_IN_SECTION(“.dtcm_data”)，這表示將這些變量放置到DTCM中，它運行的時候，分配的地址是在從0x2000_0000開始的DTCM中。

3青色的代碼“void hal_entry(void)”，它是函數(shù)，運行的時候，分配的地址是在從0x0200_0000開始的On-chip flash中。

4深綠色的代碼“void helium_test(void)”，它是函數(shù)，但是由于這些變量前面添加了BSP_PLACE_IN_SECTION(“.itcm_data”)，這意味著，該代碼運行的時候，分配的地址是從0x0000_0000開始的ITCM中。

下圖是上面描述的代碼在e2 studio中使用了LLVM工具鏈編譯并仿真運行的截圖，可以發(fā)現(xiàn)右邊表達式窗口中的i，rega_8, regb_8, regc_8, regd_8，helium_test，hal_entry這些代碼或者變量的地址和剛剛分析的結(jié)果是相符的。

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