AURIX™ TC4x CDSP介绍及应用
英家MCU之AURIX™
引言
英飞凌微AURIX™ TC4x控制器中的CDSP-Converter Digital Signal Processor是一种专门设计用于实现高性能可编程的数字信号处理和控制单元。其核心是Synopsys DesignWare ® ARC ® EM5D(ARC) 32位的处理器。CDSP用于进行后处理来自Delta-Sigma ADC(DSADC)、外部调制器(EXMOD)、时分复用ADC(TMADC)、载波模式幅度(CARMAG)或通用寄存器(GP)的信号等等。CDSP模块提供了丰富的ARC核CPU指令集，支持多种算法和数据类型，包括浮点数、定点数、复数等，因此可以广泛应用于音频、视频、通信等数字信号处理领域。
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CDSP架构简介
图1 TC4x微控制器示意图
图1 TC4x微控制器示意，其中，CDSP位于ADC模块中可通过LLI低延时总线，快速实现与PPU的数据交换和通信；也可通过CPB转换器外设总线通信能够同时传输多个数据位，以提高数据传输速度和效率。
CDSP核心架构主要模块及功能如下：
核架构： 新思科技 ARC v2 DSP Core EM5D
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采用哈佛结构的处理器，具有级精简指令集计算（RISC）三级流水线技术
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一个32x32的单周期乘-累加（MAC）单元，用于高效的数字信号处理
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1个主端口，用于获取模数转换器（ADC）的结果，并将结果写入结果先进先出（FIFO）缓冲区
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具有2个从接口，用于外部主设备访问指令和数据存储器
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具有3KB的指令缓存ICCM和3KB的数据缓存DCCM
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指令集架构专注于数字信号处理
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时钟频率为160Mhz
独立的处理器输入接口
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DSADC内部结果寄存器
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EXMOD内部结果寄存器
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DSADC载波发生器的载波幅度值（CARMAG）
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TMADC内部结果寄存器
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4个通用寄存器
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通过FPI总线系统对程序RAM和数据RAM进行写访问
每个处理器的输出接口
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主结果输出寄存器（RES0），带有深度为4的FIFO
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2个辅助结果寄存器
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通过FPI总线系统对数据RAM进行读访问
事件信号（服务请求生成）
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结果生成（在FIFO模式下，根据FIFO填充级别进行配置）
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时间戳生成
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限制检查条件（信号在范围内或范围外）
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处理器状态（处理器唤醒错误，系统已停止）
等等，详细信息参阅使用手册。
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CDSP特性及性能
CDSP的工作频率：160 MHz
算力：18 x CDSP: 18 x 289 DMIPS（两个CDSP核相当于一个Trcore核算力）
CDSP通常处理来自DSADC、EXMOD、TMADC、GP、CARMAG等的输入信号，软件实现不仅TC2x/TC3x 的硬件滤波功能，还可以灵活的实现其滤波算法，如图2所示：
图2 滤波功能TC2x/3x硬件实现到TC4x CDSP软件实现
用户可以通过英飞凌CDSP自行编程实现FIR，IIR，DA，MAT，龙伯格观测器等等滤波算法。
英飞凌同时提供相应商用库文件滤波功能。例如：快速傅里叶转换FFT，龙伯格观测器Luenberger Observer，多通道平均multi-channelaveraging等等功能。
图3 模型开发中支持的工具链
Simulink模型支持。英飞凌提供软件例程，用户可通过MATLAB模型实现软件代码及算法的生成、从而快速部署，大大简化开发难度和加快用户的开发速度。参考示意图3：
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CDSP safety
硬件安全概念主要依赖于冗余性。在安全设计中，冗余性是一种重要的机制，用于提高系统的可靠性和安全性。
CDSP软件是硬件功能安全案例的一部分，没有专门的功能安全计划。
CDSP针对ASIL-D级别的流程认证和功能认证（硬件+软件），其中包括时序要求。
TC4x MCAL符合ASPICE版本3.1的ASPICE L3流程认证，符合ISO 26262第2版、ISO 21434和MISRA标准。
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CDSP应用场景
兼容传统内燃机应用，数字滤波器模块配置用于爆震检测：
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爆震传感器的输出电压由内部DS调制器转换为比特流信号。
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比特流连接到具有SW滤波器链的三个CDSP，由此每个实例被配置有相应的带通特性（fB1、fB2、fB3）。
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基于数字滤波器链内部整流器和积分器功能，计算每个带宽（fB1、fB2、fB3）的爆震强度。其系统框架图参考示意图4：
图4 CDSP实现爆震检测
xEV Inverter应用中，CDSP实现平均电流检测和龙伯格观测器，实现高效低成本的旋变解码功能。通过3路DSADC通道测量，CDSP软件后处理实现电机平均电流测量；使用2路DSADC通道测量，输入CDSP，实现Luenberger观测器计算速度和位置信息。Luenberger观测器能够提供精确角度信息，能够支持更高的电机转速，提高效率降低成本。其系统框架图参考示意图5：
图5 CDSP实现平均电流检测和龙伯格观测器架构示意图
适用于<1kW的小型电机的无传感器电机控制：DSADC和CDSP实现的FFT快速傅里叶变换，实现无传感器的电机闭环控制，保证精度和效率的同时有效降低开发难度和减少物料成本。其系统框架图参考示意图6：
图6 无传感器电机控制示意图
图7 基于人工智能CDSP的新音频应用
CDSP基于软件和人工智能的新音频应用提供了可能性：这包括音频处理、识别和增强功能等领域。例如：硅麦采集到声音信息，通过TC4x外部调制器EXMOD输入CDSP进行后处理。最后通过LLI低延时总线，提供给PPU进行计算，从而快速实现AI算法。其系统框架图参考示意图7：
CDSP在ADAS应用中用于电压监测和滤波。来自ADC采集电压数据，CDSP能够快速、高效、灵活的进行后处理。
灵活的过滤器解决方案（CDSP软件库实现），覆盖多种应用。更多应用，让我们携手共同研究探索。
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总结
与前几代相比，图8所示，TC4x CDSP具有革命性的解决方案,它不仅仅兼容TC2x/TC3x 的传统滤波应用，还开启了新的混合信号应用新篇章：
图8 TC4x CDSP灵活的滤波应用
截至目前，CDSP涵盖了内燃机和xEV的所有应用。
研发人员通过英飞凌CDSP软件库，可以灵活的配置滤波参数进行快速高效的系统原型设计，以适应客户应用。
CDSP同PPU结合应用，高效解决AI人工智能算法。
CDSP结合处理ADC信号，加速ADAS的处理速度和效率。
这些应用只是开始，CDSP还有更多潜在的应用等待您的发掘……敬请期待！
参考
[1]AURIX_TC4Dx_UM_v0.74_DRAFT_2024-02-08.pdf
[2]AURIX_TC49x-N_UM_v0.71_DRAFT_2024-02-29.pdf
[3]TriCore_TC1.8_architecture_manual_volume_1.pdf
[4]TriCore_TC1.8_architecture_manual_volume_2.pdf.
[5]https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-AURIX_TC4x-ProductBrochure-v01_00-EN.pdf?fileId=8ac78c8c8eeb092c018eed7720b614e9
[6]https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Infineon_High_voltage_traction_inverter_presentation-Presentations-v01_00-EN.pdf?fileId=8ac78c8c8afe5bd0018b291672a47e70
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