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  PRU家族介紹

  PRU全稱是The Programmable Real-Time Unit Subsystem，也叫PRUSS。中文名為可編程實(shí)時(shí)單元，它是一個(gè)32位RISC處理器核心，與IO子系統(tǒng)進(jìn)行了緊密集成，為其IO引腳提供了低延遲控制，具有本地的指令和數(shù)據(jù)RAM，并可尋址訪問整個(gè)片上系統(tǒng)資源。

  TI(德州儀器)針對(duì)其家族設(shè)備的不同資源分配情況，提供了三種PRU子系統(tǒng)，分別是：PRU-ICSS、PRU-ICSSG、PRU-SS。

  PRU-ICSS：The Programmable Real-time Unit and Industrial Communication Subsystem

  可編程的實(shí)時(shí)單元和工業(yè)通信子系統(tǒng)(PRU-ICS)由兩個(gè)32bit的RISC核心(PRU)組成，提供了共享數(shù)據(jù)，指令存儲(chǔ)，內(nèi)部和外圍功能子模塊，中斷控制器(INTC)等功能。相關(guān)控制器有AM335x、AM437x、AM57x、K2G。

  PRU-ICSSG：The Programmable Real-time Unit and Industrial Communication Subsystem – Gigabit

  可編程的實(shí)時(shí)單元和工業(yè)通信子系統(tǒng) - 千兆(PRU_ICSSG)是PRU-ICSS的功能加強(qiáng)版。除了擁有所有PRU-ICSS功能外，還增加了兩個(gè)輔助可編程實(shí)時(shí)單元(RTU)內(nèi)核，兩個(gè)傳輸PRU(TX_PRU)內(nèi)核，提供加速器，加快數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)流動(dòng)，并新增更多的外圍設(shè)備。相關(guān)控制器有AM64x、AM65x。

  PRU-SS: The Programmable Real-time Unit Subsystem

  可編程的實(shí)時(shí)單元子系統(tǒng)(PRU-SS)是PRU-ICSS的刪減版。功能與PRU-ICSS類似，但不支持包括以太網(wǎng)(MII信號(hào)和MDIO信號(hào))在內(nèi)的工業(yè)通信子系統(tǒng)功能。相關(guān)控制器有AM62x。

  PRU系統(tǒng)描述

  PRU的核心是用精簡(jiǎn)指令集來(lái)編程的。每個(gè)PRU可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以相互協(xié)調(diào)，也可以與CPU協(xié)同工作。處理器之間的交互是由加載到PRU的指令存儲(chǔ)器中的固件的性質(zhì)決定的。關(guān)于PRU-ICSS/PRU-SS的系統(tǒng)描述如圖1 所示。

  圖1 PRU-ICSS/PRU-SS系統(tǒng)描述

  PRU-ICSSG擁有RTU，其處理核心與PRU相同，但是RTU與PRU有不同的資源、連接和加速器。例如，PRU可以訪問外部通用輸入和通用輸出(GPI/GPO)引腳，而RTU則不能。關(guān)于PRU-ICSSG的系統(tǒng)描述如圖2 所示。

  圖2 PRU-ICSSG系統(tǒng)描述

  PRU的功能特性

  1. 快速I/O

  PRU屬于標(biāo)量處理器，在同一時(shí)間內(nèi)只處理一條數(shù)據(jù);

  采用非流水線設(shè)計(jì)，確保所有指令只能順序執(zhí)行;

  本地內(nèi)存映射，使用位于子系統(tǒng)內(nèi)部的本地32位互連總線來(lái)訪問本地資源，以最大限度地減少訪問延遲。

  2. 通用總線

  PRU本身也有通用總線功能，如：UART、ECAP、PWM、ADC等。

  3. 工業(yè)協(xié)議

  TI根據(jù)工業(yè)行業(yè)應(yīng)用，定制并兼容了多種工業(yè)通訊協(xié)議，如：EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP等。

  4. 運(yùn)行環(huán)境

  支持TI RTOS、TI Linux SDK及Code Composer Studio (CCS)的運(yùn)行環(huán)境;

  開發(fā)語(yǔ)言支持匯編指令及C/C++;

  PRU固件是一種特定格式的文件，只能在系統(tǒng)對(duì)PRU資源進(jìn)行初始化后，再把其固件加載到PRU核中運(yùn)行。

  PRU的使用場(chǎng)合

  眾所周知，SoC很復(fù)雜，里面集成了不少東西。這個(gè)PRU就可以理解為一個(gè)協(xié)處理器，就是主處理器ARM或DSP之外的一個(gè)小東西，可以處理一些專門的任務(wù)，已達(dá)到高效快速(Real-Time)的目的，同時(shí)也減輕了主處理器的負(fù)擔(dān)。

  而且，這個(gè)PRU是Programmable，也就是可以給安裝一個(gè)固件上去。這個(gè)固件會(huì)干些什么呢，由開發(fā)人員設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在Sitara系列SoC里，TI提供了一些現(xiàn)成的固件，像實(shí)現(xiàn)EtherCAT(slave)協(xié)議的、Profinet通信的等等，這些都是工業(yè)通信的。在沒有PRU的情況下，想要做到類似的效果，就需要在外部增加一個(gè)ASIC或FPGA部件了?，F(xiàn)在整在SoC里的話，就可以把產(chǎn)品做得更小了，也更輕易達(dá)到高可靠性。更方便的是，通過內(nèi)部總線，PRU可以訪問到SoC內(nèi)部的各種資源，包括許多的外設(shè)。比如用PRU實(shí)現(xiàn)百兆網(wǎng)協(xié)議棧，大大擴(kuò)展一個(gè)產(chǎn)品上的網(wǎng)口數(shù)量。如今，我司已經(jīng)推出了M65x系列核心板，M65x系列系列核心板是ZLG致遠(yuǎn)電子基于TI公司 AM6526處理器 和 AM6548處理器 開發(fā)的工控核心板，旨在滿足工業(yè)4.0嵌入式產(chǎn)品的復(fù)雜處理需求。核心板使用的AM6548處理器具有四個(gè)主頻高達(dá)1.1GHz的Cortex-A53內(nèi)核和兩個(gè)主頻400MHz的Cortex-R5F內(nèi)核，M65x系列核心板可選1GB或2GB DDR3L內(nèi)存以及可選DDR ECC功能，eMMC存儲(chǔ)器可選4GB或8GB。具體型號(hào)有M6526-1GF4GLI-T、M6526-2GF8GLI-T、M6548-1GF4GLI-T、M6548-2GF8GLI-T，產(chǎn)品圖片如圖3 所示。

  圖3 M65x系列核心板

  EPCM5300A-LI(如圖4)工控機(jī)是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司基于M6548系列核心板開發(fā)的高性能工控機(jī)，標(biāo)配M6548-2GF8GLI-T工控核心板。它是一臺(tái)可堆疊、可擴(kuò)展的工控機(jī)，分為上下兩層，其中下層是工控機(jī)的核心部分，上層則是PRU擴(kuò)展部分。工控機(jī)既可以下層單獨(dú)工作，也可以和上層擴(kuò)展一起工作。

  圖4 EPCM5300A-LI

  EPC5300A-LI主機(jī)集成了大量的外設(shè)和接口資源，正面接口包括電源接口和按鍵開關(guān)、LED指示燈、復(fù)位按鍵、USB接口、SD卡接口和SIM卡接口，背面接口包括CAN-FD接口、千兆以太網(wǎng)、LVDS接口、RS232接口和4G天線接口。在主機(jī)內(nèi)部還有預(yù)留MiniPCIe插座接口，支持4G模塊或MiniPCI設(shè)備(如PCIe轉(zhuǎn)SATA);擴(kuò)展PRU模塊EPCM5300A-PRU，可用于擴(kuò)展千兆以太網(wǎng)和串口，最多可擴(kuò)展6路千兆以太網(wǎng)和18路串口、以及RGB LCD接口和MIPI-CSI攝像頭接口。EPCM5300A-LI工控機(jī)可以滿足5G、大數(shù)據(jù)和人工智能場(chǎng)景下的工業(yè)自動(dòng)化、智能交通、智慧城市等行業(yè)應(yīng)用。