TMS320F280049C 学习笔记10 控制率加速器 Control Law Accelerator (CLA) 入门

今天药忘吃喽~ 2023-07-20 13:32 1阅读 0赞

### 索引 ###

*  简介
 *  转载\[6\] 我的浮点心 - CLA简介(上)
 *   *  什么时候需要用CLA?
     *  什么时候不适合使用CLA?
     *  CLA的有什么不足?
 *  翻译\[2\]
 *   *  CLA受限的C语法编译器
     *  存储器模型
     *  从C28x向CLA移植代码
     *   *  step 1
         *  step 2
         *  step 3
         *  step 4
         *  step 5
         *  step 5续
         *  step 6
         *  step 7
         *  step 8
         *  step 9
         *  step 10
 *  参考文献

# 简介 #

2型控制律加速器（CLA）是一个独立的、完全可编程的32位浮点数学处理器，为C28x系列带来并行控制能力。CLA的低中断延迟允许它 “just-in-time.” (及时)读取ADC采样，显著减少了ADC采样到输出的延迟，从而实现更快的系统响应和更快的MHz控制环路。通过使用CLA为时间关键型控制回路提供服务，主CPU可以自由地执行其他系统任务，如通信和诊断。

以上关于CLA的介绍翻译自\[1\]的第5章。  
\[2\]是TI官方的学习视频，提供了例程可供下载，是不错的入门材料。  
\[3\]是编译器手册，第10章对CLA的编译器进行了介绍。  
\[4\]对CLA的数学库做了介绍。  
\[5\]讨论了CLA浮点计算时的舍入误差。  
C2000Ware\_3\_01\_00\_00提供了7类共22个例程，文件位置在C:\\ti\\c2000\\C2000Ware\_3\_01\_00\_00\\driverlib\\f28004x\\examples\\cla 本文将针对其中一部分进行测试。

# 转载\[6\] 我的浮点心 - CLA简介(上) #

在TI的产品线中，F2803x Piccolo™系列处理器主打低成本高效控制的路线。在数据计算部分，虽然有IQMath这个伪浮点数计算库，但是在平均最高60MHz的处理速度下，仍然后很多工作无法胜任。为了提高性价比，TI在其中引入了一个新的概念：控制率加速器(Control Law Accelerator, 简称CLA)，主要功能是：在原有的CPU构架外，新增一个支持浮点运算的并行处理核心，实现“双核”控制。

## 什么时候需要用CLA? ##

1.  有大量的浮点数学运算，CPU在计算之余，还需要去响应各种外设的请求。  
    由于CLA是与原有的CPU并行进行计算，因此在原有的CPU中只需要设置好交换的数据并使能对应的CLA任务，CPU就可以去运行其它的任务，CLA运行完毕后会自动将规定好的数据传回。就好象对自己的助手说：“嘿，张三，帮我把这个表格按照公司的格式生成统计结果”，张三做完后会把数据送回来，而这段时间里你可以继续做其它的事情。
2.  采用IQMath库的时候，无法同时满足“精度”和“范围”的需求。  
    在IQMath库中，CPU将浮点运算转换成定点运算，因此有时无法在精度和范围两方面灵活互补，而CLA采用了浮点数，系统会自动对计算的精度和范围进行调整，达到最优的效果。
3.  程序需要对运行速度进行深度优化。  
    CLA运行的程序只能使用对应的汇编语言进行编程，用户可以在程序执行的流水线等待阶段插入不影响结果的语句，充分利用强大的计算能力，榨干处理器的每一点计算能力。

## 什么时候不适合使用CLA? ##

1.  有大量的判断、跳转语句(if…else… for… while…)需要运行。  
    由于CLA采用8级流水线结构，数据的计算能力非常强大，但是在判断和跳转语句中会造成后续的流水线失败，因此，大量的判断和跳转操作最好放在CPU中进行。
2.  需要访问复杂的外设。  
    CLA虽然和CPU共用大多数资源，但是前者只能访问PWM和ADC的有限的寄存器，其它的寄存器访问需要间接的向CPU请求，由此也可以看出来，CLA的存在，主要是为了强化基于PWM控制的运算，而CPU可以更轻松的控制丰富的外设。

## CLA的有什么不足? ##

1.  与CPU共用内存资源  
    CLA没有自己的内存资源，因此必须从CPU中划分出对应的内存区域供CLA的程序和数据使用。
2.  没有除法器只有乘法器和加法器  
    **CLA只有乘法器和加法器，没有硬件除法器，因此除法运算需要的周期还是远大于乘法。**

# 翻译\[2\] #

\[2\]是TI官方提供的一个CLA入门教程，以一个运行在28379DLaunchPad的示例项目初步介绍了CLA的使用方法。  
\[2\]中的一些PPT总结的很好，挑了一些重点进行翻译，该PPT的原文件可以从\[2\]中下载到。  
翻译如有不妥还请各位大佬指正。

## CLA受限的C语法编译器 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  后缀为.cla的文件被用做识别那些需要被编译和在CLA上运行的代码。或者，当设置为–cla\_default时.c文件也可以被编译。
 *  不支持c标准库。
 *  数据类型(注意与C28x数据类型的不同! -使用stdint类型)  
    char, short & pointers - 16 bits  
    int long float long double & double - 32 bits
 *  不支持定义和初始化全局变量。CLA从复位中恢复时没有资源和运行库用来初始化变量。
 *  没有栈。局部变量和编译临时变量需要被存放在存储区".scratchapad"。
 *  支持多级函数调用(过去只支持一级函数调用) 。不支持递归和函数指针。

## 存储器模型 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
这页主要讲了不同的数据被放在什么区域。

*  未初始化的全局变量放置在".bss\_cla"；
 *  已经初始化的常量放置在".const\_cla"；
 *  局部变量和编译临时变量放置在".scratchpad"，其大小由编译器决定。
 *  CLA的代码放置在"Cla1Prog"。
 *  CLA没有C系统堆，因此不支持malloc之类的操作。

注意上述区域都在RAM中，在运行时需要从flash中拷贝到ram中。如果没有为".scratchpad"分配足够的空间则会报错。

## 从C28x向CLA移植代码 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### step 1 ###

切换至CLA\_CODE编译配置。将CLA变量分配给它们各自的内存空间。根据内存分配的那页PPT，使用\#pragma将内存分配给变量。

### step 2 ###

在运行时将CLA的代码和常量从FLASH复制到RAM。我们将链接器定义的变量用于“Cla1Prog”和“.const\_cla”部分

*  我们需要首先向这些变量添加一个外部存储限定符，以便编译器知道它们存在；
 *  然后在initCLA()中的memcpy()中使用这些变量，在代码正上方的注释中提供了memcpy()的语法。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### step 3 ###

让CLA控制程序和数据空间。您可以通过MMEMCFG寄存器(TRM 9.4.3.2)执行此操作。必须启用位：

*  给予CLA对程序空间的控制(RAMLS0/1)；
 *  让CLA控制我们的示例中使用的一个数据RAM（RAMLS2-5）。

### step 4 ###

当一个任务被触发时，CLA通过将任务的MVECTx寄存器加载到CLA的程序计数器（MPC）来跳转到该任务。MVECTx在低64Kw内存中包含该任务的地址。使用任务标签（例如Cla1Task1）设置任务1和8 的MVECT寄存器地址。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

### step 5 ###

通过配置CLA1TASKSRCSELx寄存器来决定触发每个任务的事件。对于每个任务，它都有一个4位字段，其有一个外围触发器列表可供选择(TRM 2.14.7.3)，或查看“F2837xD\_Cla\_defines.h”中提供的宏。在该示例中：

*  任务1必须由ADCINT1触发；
 *  任务8没有触发器，将在软件中强制执行一次。

### step 5续 ###

您必须设置MIER（使能寄存器）中的相应位来全局启用要激活的任务。有关该寄存器的说明，见TRM的5.7.2.15。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

### step 6 ###

由于CLA在启动时没有任何内存，因此我们不能让启动代码的\_\_cinit()初始化任何CLA全局变量，因此，我们分配一个任务来执行它

*  在我们的例子中，task8将把延迟系数D\[0\]清零。我们想运行一次。我们没有给它分配触发源，可以使用软件强制触发。
 *  我们通过MCTL寄存器启用软件强制触发(见TRM 5.7.2.9)。然后我们将运行任务8一次。“F2837xD\_Cla\_defines.h”有一些有用的宏函数来强制执行每个任务。

### step 7 ###

我们希望task1触发一个end-of-task中断。

*  我们将PIE 向量表配置为跳转到右边的ISR(见TRM，表1-118)；
 *  我们为cla-end-of-task-1中断启用PIE组及其子组(见TRM，表1-119)。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

### step 8 ###

将滤波器代码从adcintIsr1()逐字复制到“freq\_proc.cla”文件中的Cla1Task1()

### step 9 ###

为任务8编写for循环，将D\[\]的所有元素初始化为0.  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

### step 10 ###

endof-task1 ISR应该完成adcint1Isr()所做的其余工作，即它应该缓冲CLA中的滤波值，然后当计数达到1024时，它应该向后台循环发出信号，表明应该对数据运行FFT。

*  复制在adcint1Isr()中执行缓冲的代码并将其放入cla1Isr1()
 *  cla1Isr1()应清除ADC中断标志并确认PIE中的中断

# 参考文献 #

1.  [TMS320F28004x Microcontrollers Technical Reference Manual][]
2.  [Control Law Accelerator (CLA) Hands-On Workshop][Control Law Accelerator _CLA_ Hands-On Workshop]
3.  [TMS320C28x Optimizing C/C++ Compiler v20.2.0.LTS][TMS320C28x Optimizing C_C_ Compiler v20.2.0.LTS]
4.  [C28x Control Law Accelerator Math Library (CLAmath)][C28x Control Law Accelerator Math Library _CLAmath]
5.  [资料分享 C2000浮点运算注意事项——CPU和CLA的差异及误差处理技巧][C2000_CPU_CLA]
6.  [我的浮点心 - CLA简介(上)][- CLA]

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[TMS320F28004x Microcontrollers Technical Reference Manual]: https://www.ti.com/cn/lit/ug/sprui33c/sprui33c.pdf
[Control Law Accelerator _CLA_ Hands-On Workshop]: https://training.ti.com/control-law-accelerator-cla-hands-workshop?keyMatch=CLA&tisearch=Search-CN-everything
[TMS320C28x Optimizing C_C_ Compiler v20.2.0.LTS]: http://www.ti.com/lit/ug/spru514t/spru514t.pdf
[C28x Control Law Accelerator Math Library _CLAmath]: http://www.ti.com.cn/cn/lit/sw/sprc993/sprc993.pdf
[C2000_CPU_CLA]: http://bbs.eeworld.com.cn/thread-610676-1-1.html
[- CLA]: http://www.soundofu.net/2011/06/cla.html