Sitara的使命：普及Cortex-A8及向工業領域轉移

    在2009年的嵌入式處理器領域，可以說Cortex-M3控制器是當紅的炸子雞，很多廠商趨之若鶩，相對而言，對于MPU都沒有特別大的投入。就在那時，德州儀器（TI）在些許質疑聲中大力推廣基于ARM Cortex-A8內核的Sitara系列MPU，那時候的質疑來自多個方面，例如為什么不專心做收購過來的Cortex-M3系列MCU Stellaris，又或者質疑TI的收購行為（那時候正是金融危機）。而Sitara不負所托，其在上市之后的約3年時間逐漸被工業領域用戶接受，并完成了它兩個巨大的使命：將Cortex-A8普及到目標客戶以及幫助TI從手機等消費類市場向工業、通信領域的戰略轉移。

    工業領域一直不變的共同追求有3個：可靠性、穩定性和長期供貨能力。盡管工業市場不像消費類市場那樣對多核處理器和性能追求極致，但工業市場有個非常明顯的發展趨勢，從傳統意義上簡單的、單向的、點對點的控制開始向復雜的、組網的拓撲結構和工業控制演進，這是傳統上說的工業自動化進程。在歐洲、美國、日本很多大的工業企業都開始將整個進程提速，目前中國也有很多企業在做這些事情。每一顆處理器以及每個設備要兼顧通信、控制以及運算，所以對性能的要求會大幅度提升。TI針對客戶的訴求推出了AM335x的升級版AM437x處理器，近日，德州儀器中國區通用處理器業務拓展經理牟濤先生向記者介紹了這款MPU。

圖1 德州儀器中國區通用處理器業務拓展經理牟濤先生

亮點概況

    先來看看AM437x內部架構。

圖2 AM437x內部架構

    牟濤先生特別精辟地概括了AM437x的幾大優勢：（1）1 GHz Cortex-A9 內核，比上一代Sitara 系列產品高40％的性能；（2）對Flash和存儲器的支持做了相當大的提升和優化；（3）圖像加速器；（4）4核可編程實時單元（PRU），這是TI有別于ARM處理器供應商的最大差異化的技術；（5）定位為低功耗，利用TI獨特的低功耗工藝使得AM437x內部所有功能都運作起來功耗也在1 W以內。牟濤先生對于其中的亮點進行了詳細分析。

前瞻性的存儲設計

    我們都知道，Flash和存儲器工藝的發展要快于處理器，牟濤先生說：“有一些客戶有這樣的困惑，我們的處理器用了幾年之后，Flash、存儲器工藝都升級了，一些老的Flash、存儲器無處購買。TI在定義AM437x時考慮到客戶在5年以后可能會遇到這樣的問題，所以我們對Flash和存儲器控制方面做了一個更有前瞻性的設計，集成了32位低功耗DDR2/DDR3/DDR3 Low Power，基本把從現在到未來5年比較主流的尤其是工業市場主流的控制器集成在AM437x中。”

圖形顯示

    業界對HMI和屏幕分辨率的要求越來越高，AM437x里繼承了SGX530圖形加速器，同時有個顯示子系統，有別于Sitara前幾代產品（只是個LCD控制器），AM437x里增加了對于一些圖形圖像處理的硬件加速器。牟濤先生舉了個例子：“客戶需要做圖形疊加、圖形縮放和色彩空間變換，在傳統處理器上通常大家是要用ARM做這樣的運算，但在AM437x里我們集成了這樣的硬件加速器，所以它的處理速度會更快，效果也會更好，同時客戶在做這些圖像處理時也不需要占用ARM的運算資源，完全由片上硬件加速器來實現。”

PRU

    亮點總是在最后，記者之所以最后強調PRU是因為它已經成了整場發布會的主角，這也源自于它的功能和獨特性。AM437x集成的PRU-ICSS（工業通信子系統）支持雙通道同步工業協議，4核PRU可滿足實時處理、直接訪問I/O和超低時延的要求。性談起PRU，牟濤先生抑制不住喜悅之情：“PRU是TI非常獨特的技術，也是我們有別于其他ARM處理器供應商最大的特色。它能夠給客戶帶來的非常大的好處，不光是成本，在設計的靈活性上都有很大的提升。”

    其實AM335x也有PRU，但是當時只集成了2個PRU，現在有4個PRU；并且以前PRU單核處理性能是80 MHz~100 MHz，現在已經提升到150 MHz~200 MHz；過去PRU只支持匯編語言，TI正在研究讓它支持C語言。在功能性擴展上，牟濤先生說：“4年前TI談PRU的時候只有一個功能，用PRU做多串口的擴展（串行通信協議），最近這幾年我們很高興看到，PRU能實現的功能遠遠不只是多串口，已經有客戶用它做私有加密協議的開發，還有通過PRU擴展工業現場總線通信協議，例如EtherCAT、PROFIBUS，同時所支持的工業現場總線通信協議也在不斷增加。”

   此外，AM437x還支持豐富的外設：兩個并行攝像頭端口，適合條形碼掃描儀等應用；QSPI用于高速通信和執行，確保系統能直接從低成本NOR閃存中啟動并運行；兩個獨立的8通道ADC，適用于伺服電機控制、音頻采樣和傳感器監控。

PRU契合工業應用

   牟濤先生舉例說明了為什么PRU特別契合工業應用：“隨著控制算法和拓撲結構越來越復雜，用傳統意義上RS-485串口通信協議遠遠不能滿足工業自動化的要求，很多客戶開使用工業現場總線去組網。傳統的做法，不管是MCU還是基于ARM的MPU，都要在外面添加通用協議專用的ASIC或可通信協處理器，這無形中增加了系統成本，而且設計也不靈活。為什么TI在這一環節強調PRU的好處呢？我們會把原來意義上的MCU和MPU對數據的運算、處理以及對通信協議的集成通過PRU集成到一個單芯片里。PRU本身是可編程的且運算性能足夠強。已經有很多成功案例，例如現在EtherCAT、PROFIBUS等很多客戶在用這樣的方式做升級改造。”

    “不言自明，在系統上，我們把傳統雙芯片的方案變成單芯片方案，這樣系統性能可以大大提升。傳統意義上的ASIC不靈活，一個專用芯片只能做一個通信協議，但由于PRU是可編程的，所以我們在一顆芯片設計中可以同時支持多協議，也就是說，一個客戶在產品中可以根據自己不同終端客戶的要求采用不同的工業通信協議，如果用TI的AM335x或AM437x處理器，一顆芯片都可以搞定，客戶要做的只是換個架構軟件，所有的硬件設計可以兼容，這樣給工業客戶帶來非常大的好處，系統是穩定的，避免了在硬件設計上的系統風險。這是TI為什么在工業市場非常有優勢，而且為什么強調PRU處理器的原因，” 牟濤先生補充到。

    傳統意義上做工業驅動器及馬達驅動的時候都用MCU（如C2000）或其他的架構。TI在AM437x片上集成了4核的PRU，有4個獨立的PRU運算單元，PRU除了可以做通信協議運轉之外還有足夠的資源做馬達控制和電機驅動算法。AM437x片上集成了多個PWM和AD，外設上構成了足夠針對馬達驅動的一個回路，用PMW驅動馬達，用片上AD和前面的馬達組成一個運算位置的反饋回路，這樣既保證了實時性又保證了對于馬達驅動運算的可靠性和準確性。牟濤先生認為，這有可能在未來給整個工業市場帶來很大的突破，真正意義上實現單芯片，不僅是決定工業通信協議的問題，甚至也有機會把馬達驅動用一個單芯片實現。

    AM437x真正的考驗應該不是來自競爭對手，因為目前它是獨一無二的，真正的考驗來自種類和應用環境都變化多端的工業市場。

圖3 AM437x通用評估模塊

記者后注：TI工程師向記者演示了通用評估板，由于是第一版，沒有校準屏幕，所以觸摸時鼠標不太好用。整體來看，模塊該接出來的接口都有了，而且工程師演示的3D效果確實很逼真（意在顯示它的圖形加速和處理功能），其他功能就有待各位工程師自己檢驗了！