前言

TriCore是英飛凌自主開發(fā)的私有內(nèi)核。早在2000年，英飛凌發(fā)布了第一代TriCore單片機(jī)產(chǎn)品。英飛凌為TriCore申請(qǐng)了注冊(cè)商標(biāo)，在一個(gè)內(nèi)核架構(gòu)里集成了RISC精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)，MCU微控制器，DSP數(shù)字信號(hào)處理的功能，是一款計(jì)算能力強(qiáng)大的32位實(shí)時(shí)單片機(jī)內(nèi)核架構(gòu)。TC3xx系列MCU是基于TC1.6P作為其內(nèi)核的。本系列文章將記錄Infineon芯片的學(xué)習(xí)筆記。本文首先介紹TC3xx的內(nèi)部模塊框圖和各種內(nèi)部總線以及存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式，接著介紹TC1.6.2的內(nèi)核架構(gòu)，這其中主要介紹了尋址方式，通用寄存器，上下文管理，中斷機(jī)制，Trap機(jī)制，MPU機(jī)制等內(nèi)容。

1.Architectural Overview

圖1：TC3xx相比于TC2xx改進(jìn)部分

如圖一所示，TC3xx內(nèi)部最多支持6個(gè)核，這些核間使用SRI總線進(jìn)行通信，每個(gè)核都有自己的Memory。TC3xx在核架構(gòu)上相比于TC2xx做了如下改進(jìn)：

1.1 Performanc

1）支持Tricore 1.6.2的內(nèi)核

2）增加了新的指令

3）最多支持6個(gè)核，最大主頻達(dá)到300MHz

4）每個(gè)CPU有自Local的Flash bank，也就是說(shuō)有自己的Local的總線可以訪問(wèn)自己Local的Flash bank，速度更快

5）

1.2 Memories

1）更大的SRAM

2）更強(qiáng)大的內(nèi)存保護(hù)單元MPU。數(shù)據(jù)和代碼保護(hù)的Register的設(shè)置更多。

1.3 ADC

1）TC2xx有隊(duì)列模式，自動(dòng)掃描模式，背景掃描模式，TC3xx只有隊(duì)列掃描模式，更加的靈活。

1.4 Delta-Sigma

1.5 HSM

1）支持非對(duì)稱加密算法

1.6 Standby control unit

專門的低功耗管理單元

1.7 IO Pads

支持5/3.3v兩種硬件系統(tǒng)

1.8 Ethernet

1）支持千M以太網(wǎng)，支持一部分TSN/AVB的功能

1.9 Safety

1.10 ADAS

增強(qiáng)的SPU

圖2：TC3xx系列資源概況

2.Memory Concept

2.1 Memory architecture

圖3：TC3xx內(nèi)存架構(gòu)

主要關(guān)注PFlash和LMU部分。

每個(gè)CPU都可以通過(guò)一個(gè)私有的LPB總線訪問(wèn)各自3M的PFlash的bank，訪問(wèn)速度比較快。外部有個(gè)LMU的Ram，分為兩種，一種叫dLMU，另一種叫LMU。每個(gè)cpu可以通過(guò)私有的總線訪問(wèn)dLMU，對(duì)于LMU，CPU只能通過(guò)SRI總線來(lái)訪問(wèn)，速度相對(duì)dLMU的訪問(wèn)較慢。

圖4：TC3xx內(nèi)存訪問(wèn)速度

PSPR,DSPR,DLMU都是Local的SRAM，CPU訪問(wèn)自己的Local Ram的熟讀非常的快，例如CPU讀寫local DSPR都是0等待時(shí)間的。CPU也能范圍其他核的Local Ram，但是讀/寫/取指的速度就會(huì)變慢。

圖5：內(nèi)存范圍起始地址

對(duì)于同一款內(nèi)存可以使用cache的訪問(wèn)方式或者非cache的訪問(wèn)方式。例如對(duì)于PFLASH的訪問(wèn)如果使用cache則起始地址是0x80000000，非cache的訪問(wèn)方式的起始地址是0xA0000000。同樣，LMU也存在0x90000000/0xB00000000兩個(gè)起始地址。

對(duì)于每個(gè)CPU內(nèi)部的PSPR和DSPR都不需要使用cache，CPU等待時(shí)間是0ws。

每個(gè)CPU都有3M的local PFLASH的bank，CPU通過(guò)LPB總線訪問(wèn)PFLASH。這個(gè)LPB總線在使能了AB SWAP之后就會(huì)被disable掉，這么做的原因是為了讓code運(yùn)行在A Bank還是B Bank的performence都是一樣的（是能ab swap和disable lpb總線的操作在UCB的一塊區(qū)域操作）。

2.2 Memory and connectivity

圖6：CPU內(nèi)部總線連接圖

CPU通過(guò)SRI Master Interface連接到其他core的SRI Slave Interface來(lái)范圍其他核的memory。

2.3 Memory map

圖7：內(nèi)存映射圖

3.On-chip Bus Connectivity

圖8：SRI總線

Tricore里面，內(nèi)核之間的相互訪問(wèn)和通信都是通過(guò)SRI總線進(jìn)行的。Tricore 1.6.2里面SRI總線有3個(gè)Domain，Domain 1包括CPU0-3，通過(guò)SRI0進(jìn)行相互訪問(wèn)。其他類似。SRI直接通過(guò)S2S Bridge連接。

圖9：SRI總線連接圖

圖10：SRI總線間最差延遲時(shí)間

圖11：TC39x內(nèi)部SRI總線連接圖

每個(gè)SRI總線都有一個(gè)SRI Master Interface和一個(gè)SRI Slave Interface，對(duì)于一個(gè)SRI總線的SRI Slave Interface就存在同一時(shí)間多個(gè)SRI Master Interface訪問(wèn)的問(wèn)題，那么就需要SRI具有仲裁的功能。

4.TC1.6.2 Architecture

4.1 TriCore concept

圖12：TriCore定義

TriCore的含義：既有RISC精簡(jiǎn)指令集的特性，也集成了DSP數(shù)字信號(hào)處理器的性能，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

圖13：英飛凌TriCore的發(fā)展圖

4.2 Address range

圖14：TriCore的尋址空間

4G的尋址空間，16個(gè)Segment，小端系統(tǒng)。

4.3 Pipeline

圖15：Pipline

整型的Pipline主要組數(shù)據(jù)的運(yùn)算，類似數(shù)據(jù)的加減乘除。Load/Store Pipline主要用來(lái)做數(shù)據(jù)的讀取和存儲(chǔ)，Loop Pipline主要做數(shù)據(jù)的循環(huán)處理。三個(gè)Pipline可以并行處理。

4.4 Instructions

圖16：指令

支持16位和32位指令格式，op1的bit 0為1則是32位指令，op1的bit 0為0則是16位指令。

支持位操作

支持MAC乘加指令，除法指令，單周期多數(shù)據(jù)處理指令SIMD。

4.5 Data Types

圖17：支持的數(shù)據(jù)類型

支持大部分?jǐn)?shù)據(jù)類型。

4.6 Addressing Modes

圖18：尋址方式

支持絕對(duì)地址尋址，相對(duì)地址尋址，先加減后運(yùn)算尋址，先運(yùn)算后加減尋址。

4.7 Core Registers

圖19：核寄存器

通用寄存器：和ARM核（r0 - r15）不一樣，數(shù)據(jù)寄存器和地址寄存器分開。數(shù)據(jù)運(yùn)算和地址運(yùn)算不沖突，這樣可以提高尋址和數(shù)據(jù)處理的效率。

系統(tǒng)寄存器：PC指針，程序狀態(tài)字寄存器，系統(tǒng)控制寄存器（比如設(shè)置系統(tǒng)在Run/Halt/Sleep狀態(tài)）

上下文寄存器：

中斷和陷阱控制寄存器：ICR寄存器可以控制全局中斷的開關(guān)。BIV是中斷向量表的起始地址，BTV是陷阱向量表的起始地址。

內(nèi)存保護(hù)寄存器：

棧中斷寄存器：通用寄存器里面的A10是user stack pointer，而ISP是interrupt stack pointer，通過(guò)PSW寄存器可以設(shè)置是否使用ISP，如果使用了ISP的話，通常情況下系統(tǒng)使用A10作為棧指針，一旦產(chǎn)生中斷后系統(tǒng)把ISP指向的地址賦值給A10，也就是中斷使用另一塊內(nèi)存作為?？臻g。

訪問(wèn)核寄存器只能只用專用的MTCR,MFCR指令。

A11類似ARM核里面的LR寄存器。

所謂Global Address也就是進(jìn)入中斷或者進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的時(shí)候是不存這些內(nèi)容的。

數(shù)據(jù)和地址寄存器可以兩個(gè)合起來(lái)作為一個(gè)64位的寄存器（P0/D0）。

4.8 Context Management

圖20：上下文管理

圖21：上下文存儲(chǔ)區(qū)域

TriCore的上下文處理比較特殊。對(duì)于通用MCU（ARM 核）在進(jìn)入中斷或者函數(shù)調(diào)用時(shí)候的上下文內(nèi)容一般存放在棧里面的，但是TriCore的上下文存放在一個(gè)叫CSA的區(qū)域的。Upper Context 的內(nèi)容由硬件自動(dòng)處理，而Lower Context的內(nèi)容需要一些特殊的指令操作。

圖21：上下文事件和指令

對(duì)于絕大部分簡(jiǎn)單的ISR, Trap, 函數(shù)調(diào)用都比較簡(jiǎn)單的話只要保存Upper context就足夠了，也就不會(huì)產(chǎn)生后面的BISR,SVLCX,STLCX,STUCX指令。

圖22：CSA存放地址

CSA可以存放在DSPR（一般存放在這里）,DLMU,External Memory里面，通過(guò)修改連接ld文件來(lái)配置。

FCX: 指向空閑的CSA的起始地址。

PCX: 指向已經(jīng)使用的CSA的地址。

LCX: 指向空閑CSA的結(jié)束地址。

4.8 Interrupt System

圖23：中斷系統(tǒng)

TriCore 1.6.2中最多有7個(gè)中斷服務(wù)提供對(duì)象，分別是CPU0-5以及DMA。每一個(gè)Service Provider對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷控制單元ICU，中斷服務(wù)請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)SRN最多有1024個(gè)，8個(gè)GPSR可以用作軟中斷做來(lái)核間通信。

圖24：中斷仲裁

ICU能夠仲裁處理多個(gè)SRN同時(shí)的請(qǐng)求。

圖25：中斷保護(hù)

中斷寄存器也有保護(hù)機(jī)制，SRC有ECC的保護(hù)措施，在寫完SRC寄存器后會(huì)自動(dòng)生產(chǎn)一個(gè)ECC的Code，然后這個(gè)SRC的內(nèi)容在被讀取的時(shí)候就會(huì)做ECC的check。

SRC寄存器的權(quán)限也可以設(shè)置。比如，每個(gè)Bus Master總線都會(huì)有一個(gè)TAG-ID，我們可以設(shè)置SRC寄存器可以被哪些TAG-ID表示的總線訪問(wèn)。

圖26：服務(wù)請(qǐng)求控制寄存器SRC

圖27：中斷控制寄存器ICR和中斷向量表地址寄存器BIV

VSS寄存器設(shè)置中斷向量表是8字節(jié)對(duì)齊還是32字節(jié)對(duì)齊。

圖28：中斷向量表

在TricCore里面，中斷向量表不是固定的，是跟著中斷優(yōu)先級(jí)走的，也就是整個(gè)中斷向量表內(nèi)中斷服務(wù)的排序是會(huì)跟著中斷優(yōu)先級(jí)的變化而變化的（和其他內(nèi)核不一樣）。

圖29：中斷處理過(guò)程

4.9 DMA service requests

圖30：DMA服務(wù)請(qǐng)求

SRN目標(biāo)也可以選擇DMA的，選擇DMA的時(shí)候，TOS要設(shè)置成1。中斷優(yōu)先級(jí)要設(shè)置成和DMA的通道號(hào)一樣，也就是中斷優(yōu)先級(jí)在選擇DMA的時(shí)候就是DMA的通道號(hào)，這個(gè)很關(guān)鍵。

4.10 Traps

圖31：Trap

Trap的概念就類似ARM里面的Exception vector異常向量。Trap也有自己的Trap向量表，Trap是為了檢查一些非法的訪問(wèn)，例如NMI中斷，內(nèi)存保護(hù)。Trap有自己的類型TCN和ID TIN。

圖32：Trap類型

Trap類型一般有兩種劃分方式，同步或者異步，硬件或者軟件。

同步Trap：CPU在執(zhí)行的過(guò)程中發(fā)生的Trap，比如說(shuō)中斷溢出，取值錯(cuò)誤，內(nèi)存非法訪問(wèn)等。Trap發(fā)生的時(shí)候，CPU會(huì)把Trap發(fā)生的指令的下一條指令作為返回地址保存到A11寄存器當(dāng)中，所以在Trap的handler里面可以讀取A11來(lái)定位Trap發(fā)生的位置。

異步Trap：和中斷類似，一般由外設(shè)或一些協(xié)處理器的錯(cuò)誤造成的。比如說(shuō)FPU上發(fā)生的一些Trap。異步Trap發(fā)生的時(shí)候，A11中的內(nèi)容不具備參考意義的。

硬件Trap：比如說(shuō)CPU執(zhí)行的指令是非法的，內(nèi)存保護(hù)錯(cuò)誤等。

軟件Trap：軟件調(diào)用了一些系統(tǒng)調(diào)用指令，比如assert。

圖33：具體的Trap

圖34：Trap處理過(guò)程

關(guān)鍵點(diǎn)，D15保存了Trap的ID號(hào)，可以在handler中讀取D15獲取Trap ID。

圖35：Trap保護(hù)機(jī)制

4.11 Permission Privilege Levels

圖36：權(quán)限設(shè)置

圖37：不同模式下的訪問(wèn)權(quán)限

User0模式允許訪問(wèn)外設(shè)寄存器，不允許訪問(wèn)內(nèi)核寄存器，也不允許訪問(wèn)中斷系統(tǒng)寄存器。

User1模式可以訪問(wèn)中斷系統(tǒng)寄存器。

Supervisor模式可以訪問(wèn)核寄存器。

4.12 Memory protection

圖38：內(nèi)存保護(hù)

實(shí)際上就是6組MPU保護(hù)，6*18的數(shù)據(jù)保護(hù)，6*10的代碼保護(hù)。

Bus MPU: 可以設(shè)置哪些Master Interface可以訪問(wèn)Local SRAM

圖38：增強(qiáng)的內(nèi)存保護(hù)

4.13 Temporal Task Protection

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)于內(nèi)存訪問(wèn)錯(cuò)誤可以通過(guò)MPU內(nèi)存保護(hù)來(lái)識(shí)別和定位問(wèn)題，但是對(duì)于任務(wù)超時(shí)該怎么來(lái)監(jiān)控了？-- TriCore提供了時(shí)間任務(wù)保護(hù)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)超時(shí)監(jiān)控。

圖39：時(shí)間任務(wù)保護(hù)

5.Summary

審核編輯：郭婷