多核微控制器控制软件配置示例

本文将介绍两种多核微控制器的控制软件架构示例。

多核微控制器的功能框图，将以如下图所示的SMP（对称多处理）功能框图为例，介绍控制软件的构成。

如下图和下表所示，控制软件配置分为每个 CPU 的功能。假定每个 CPU 都有足够的处理时间。

CPU	软件
CPU0	控制应用A 控制应用B 控制应用C
CPU1	I/O驱动程序 – 电路和集成电路、传感器、致动器驱动器 – HAL：GPIO, ADC, PWM, Pulse IO, SPI, I2C
CPU2	通信驱动程序 – 通信应用程序和通信中间件 – HAL：UART, CAN, LIN, Ethernet, EtherCAT

CPU间接口通过Common RAM实现，如下图所示。
每个CPU都设有专用的只写区域，每处理周期仅写入一次数据。该写入操作实施排他控制，以确保数据一致性。
其他CPU从该只写区域读取所需信息。

软件处理时序如下图所示。

标签	时间
T_cyc	CPU0: 控制应用程序 A/B/C 的处理周期 CPU1: I/O 驱动程序处理周期 CPU2: 通信驱动程序的处理周期
T_in	从CPU1的I/O驱动程序输入及CPU2的通信驱动程序接收处理开始到CPU0的控制应用程序处理开始之间的相位。注意： T_in表示I/O输入及接收处理所需的最大时间加上裕量时间的值。这些处理必须在控制应用程序开始运行之前完成。
T_out	从CPU0控制应用程序处理开始到CPU1 I/O驱动程序输出及CPU2通信驱动程序发送处理开始的相位。注意： T_out表示控制应用程序的最大处理时间加上裕量后的值。 I/O输出及发送处理必须在控制应用程序完成后执行。

控制软件架构如下图及下表所示，将控制应用程序和I/O驱动程序按CPU进行分割。此外，该设计基于各CPU处理时间充裕的前提。

CPU	软件
CPU0	控制应用A 用于控制应用程序 A 的I/O驱动器 – 电路和集成电路、传感器、致动器驱动器 – HAL：GPIO, ADC, PWM, Pulse IO, SPI, I2C
CPU1	控制应用B 用于控制应用程序 B 的I/O驱动器 – 电路和集成电路、传感器、致动器驱动器 – HAL：GPIO, ADC, PWM, Pulse IO, SPI, I2C
CPU2	通信驱动程序 – 通信应用程序和通信中间件 – HAL：UART, CAN, LIN, Ethernet, EtherCAT

注意：由于MCU功能属于共享资源，请勿将控制应用程序A的I/O驱动程序与控制应用程序B的I/O驱动程序混用。

例：
・控制应用程序A的I/O驱动程序：ADC Gr0 ch0, ch1, ch2
・控制应用程序B的I/O驱动程序：ADC Gr0 ch3, ch4
如上所述，若ADC Gr0被两个应用程序同时使用，可能因资源冲突导致故障。
此时请将其中一个I/O驱动程序分配至ADC Gr1等其他资源。

CPU间接口通过下图所示的Common RAM实现。
每个CPU均设有专用的只写区域，每处理周期仅写入一次数据。该写入操作采用排他控制机制，确保数据一致性。
其他CPU从该只写区域读取所需信息。

软件处理时序如下图所示。

注意：本例说明控制应用程序A与控制应用程序B联动性较低时的处理时机。若联动性较高，请在处理时机中设置相位。

标签	时间
T_cyc	CPU0: 控制应用程序 A 的处理周期 CPU1: 控制应用程序 B 的处理周期 CPU2: 通信驱动程序的处理周期
T_in	从CPU0和CPU1的控制应用程序A/B及I/O驱动程序输入处理开始到CPU2的通信驱动程序处理开始的间的相位。