TMS320F280049C 学习笔记11 控制率加速器 CLA 例程

╰半橙微兮° 2023-07-24 09:03 2阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  前言
 *   *  参考链接
     *  一些常用指令
 *  例程1 CLA ADC Sampling and Filtering
 *  例程2 CLA ADC Sampling and Filtering with Buffering in a Background Task
 *  例程3 CLA background nesting task
 *  例程4 Controlling PWM output using CLA
 *   *  Selects the master core of a specified pin
     *  关于CLA全局变量初始化
 *  例程5 Just-in-time ADC sampling with CLA
 *   *  实验分析
     *  实验结果
 *  例程6 Optimal offloading of control algorithms to CLA
 *   *  配置
     *  分析
     *  验证
 *  例程7 Handling shared resources across C28x and CLA
 *  参考文献

# 前言 #

相比于旧版软件，C2000Ware\_3\_01\_00\_00多更新了几个CLA例程，十分的贴近实际需求，有助于初学者入门。当前共有7个例程。  
所有的例程可以在C:\\ti\\c2000\\C2000Ware\_3\_01\_00\_00\\driverlib\\f28004x\\examples\\cla找到。  
学习顺序建议4 -> 3 -> 1 -> 2 -> 6 -> 7 -> 5  
其中例程6与实际应用比较贴近。

## 参考链接 ##

已经有许多其他博客总结了一些有用的知识，列在这里备用。

*  [28377d双核仿真与CLA仿真][28377d_CLA]
 *  [DSP28377扩充CLA程序空间的问题][DSP28377_CLA]

## 一些常用指令 ##

__attribute__ // 指定属性
    extern float duty; // 指定外部变量
    #pragma diag_suppress=770 // 屏蔽编译器770号警告
    volatile // 特征修饰符，作用是作为指令关键字，确保本条指令不会因编译器的优化而省略，且要求每次直接读值。
    __mdebugstop(); // CLA调试时当做断点使用

# 例程1 CLA ADC Sampling and Filtering #

此示例将EPWM1A配置为以10 KHz（周期=0.1 ms）运行，以触发ADC通道A0上的start-of-convertion (SOC)。该通道将依次对设置为以1KHz运行的EPWM4A进行采样。转换结束时，触发ADC中断。中断信号将用于触发运行FIR滤波器的CLA任务。滤波器设计为低通滤波器，截止频率为1KHz；它将消除输入信号中的奇次谐波，使方波平滑为正弦波形。

注意，由于此示例不使用后台 CLA task，因此此项目的编译标志CLA\_background\_task已关闭。将此标志设置为on以启用后台CLA任务。此选项在Project Properties -> C2000 Build -> C2000 Compiler -> Advanced Options -> Runtime Model Options.  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 例程2 CLA ADC Sampling and Filtering with Buffering in a Background Task #

此示例将EPWM1A配置为以1 KHz（周期=1 ms）运行，以触发ADC通道A0上的SOC。此通道将依次采样设置为以100Hz运行的EPWM4A。转换结束时，触发ADC中断。中断信号将用于触发运行FIR滤波器的CLA任务。滤波器设计为低通滤波器，截止频率为100Hz；它将消除输入信号中的奇次谐波，使方波平滑为正弦波形。CLA后台任务将在循环缓冲区中连续缓冲已滤波的输出。

注意，此项目的编译标志CLA\_background\_task已经打开。启用后台任务将在任务切换期间添加额外的保存/还原周期，从而增加触发到任务(trigger-to-task)延迟。如果应用程序不使用后台CLA任务，建议关闭此标志以获得更好的性能。将此标志设置为on以启用后台CLA任务。此选项在Project Properties -> Build -> C2000 Compiler -> Advanced Options -> Runtime Model Options.

> 需要CLA后台任务的时候可以参考该例程的写法。

# 例程3 CLA background nesting task #

此示例将CLA任务1配置为由以2赫兹（周期=0.5秒）运行的EPWM1触发。后台任务被配置为由运行在.5Hz（周期=2s）的CPU定时器触发。CLA task 1在任务开始和结束时切换LED1，后台任务在任务开始和结束时切换LED2。后台任务将被Task1抢占，因此即使在LED2打开时，LED1也将切换。

# 例程4 Controlling PWM output using CLA #

这个例子展示了如何使用CLA更新PWM信号输出。EPWM1被配置为在固定频率100kHz的两个信道上生成互补信号。EPWM4被配置为用于触发频率为10 KHz的周期性CLA控制任务。CLA任务的控制逻辑非常简单，通过在每次迭代中增加0.1并将其保持在0.1-0.9的范围内来改变EPWM1的输出。对于实际的应用场景，可以根据应用程序将控制逻辑修改为更复杂的逻辑。另一个CLA任务（CLA task 8）在程序开始时由软件触发，用来初始化CLA的全局变量。

个人觉得这个例子适合用来入门CLA。除了手册中提到的内容，这个例子还可以尝试和验证一些其他内容。以下内容是个人理解，如有错误还望不吝赐教：

## Selects the master core of a specified pin ##

虽然由CLA控制ePWM1的输出，但其实CLA只是修改CMPA寄存器，实际ePWM1模块对应的GPIO仍由c28内核控制，故初始化的控制内核仍是c28：

//
        // GPIO0 is set to EPWM1A
        // GPIO1 is set to EPWM1B
        //
        GPIO_setMasterCore(0, GPIO_CORE_CPU1);
        GPIO_setPadConfig(0,GPIO_PIN_TYPE_STD);
        GPIO_setPinConfig(GPIO_0_EPWM1_A);
        GPIO_setMasterCore(1, GPIO_CORE_CPU1);
        GPIO_setPadConfig(1,GPIO_PIN_TYPE_STD);
        GPIO_setPinConfig(GPIO_1_EPWM1_B);

## 关于CLA全局变量初始化 ##

例程中将CLA中全局变量duty的初始化放在了CLA task 8中，然后使用软件触发。

__attribute__((interrupt))  void Cla1Task8 ( void )
    {
        
        //
        // Uncomment this to debug the CLA while connected to the debugger
        //
        //__mdebugstop();
    
    //    duty = 0.1f;
    }

但其实把初始化放到main函数中也是可以的。也即并不需要特意在CLA中做变量初始化，只要在CLA任务执行前，在c28的代码中完成初始化就行。

# 例程5 Just-in-time ADC sampling with CLA #

这个例子展示了如何利用ADC的早期中断特性，结合CLA的低中断响应，实现更快的系统响应和高频控制回路。EPWM1被配置为产生频率为1MHz的脉冲宽度调制输出信号，这也用于在每个周期触发ADC采样。ADCA被配置为对通道0上的输入进行采样，并在S/H+偏移周期结束时生成早期中断。此中断用于触发CLA控制任务。CLA的任务实现了控制逻辑，在及时(just-in-time)读取ADC采样数据的基础上更新PWM输出的占空比，即一旦ADC结果被锁定，CLA的早期中断特性和低中断延迟允许在读取ADC数据之前进行一些预处理，并且在下一个中断到来之前仍然完成对PWM输出的更新，即数据读取和脉冲宽度调制更新在1兆赫周期内完成。为了说明这一点，我们使用三点移动平均滤波器来模拟一些处理过程，并且在读取ADC结果之前对滤波代码进行了一些步骤，我们将这些步骤视为预处理代码。ADC中断偏移量根据预处理代码消耗的周期进行编程。

中断偏移值的计算如下：

*  已编程的ADC采集周期=10 SYSCLKS
 *  12位数据的转换时间=10.5 ADCCLKS=N=42 SYSCLKS
 *  CLA任务触发器到获取第一条指令的延迟=4

设中断偏移值为“x”，CLA控制中的代码在ADC读取前的任务需要以下周期：

*  设置分析gpio：3个周期
 *  预处理：13个周期
 *  总计=3+13=16个周期

如手册TRM中所述，为了及时读取，读取ADC之前的总延迟应为（N-2）周期=40，即：x+4+16=40，x=20  
注：-此项目的优化已关闭，上面引用的周期与此案例相对应。

GPIO2用于分析。GPIO2在CLA任务1开始时设置，在任务结束时重置。因此GPIO2的开启时间表明CLA的运行时间。为了验证示例功能，观察CRO上的GPIO0（PWM输出）和GPIO2（GPIO分析）。GPIO0和GPIO2的上升沿之间的周期差表示从ADC触发时间到在CLA任务中建立分析GPIO的总延迟，基于上述计算，该总延迟应在44个周期（440 ns）左右。

## 实验分析 ##

*  DSP的主频是100MHz，也即一个系统时钟周期是10ns。
 *  ePWM1模块被配置为1MHz，增计数，在TB=0时输出高电平，TB=CMPA时输出低电平。也即每个PWM周期开始时输出高电平。
 *  当TB=0时触发ADC中断，ADC采样窗口10个系统时钟周期，也即100ns。
 *  ADC转换数据需要42个系统时钟周期，即420ns。
 *  CLA任务开始的中断并不是传统的ADC-EOC中断，而是提前了20个系统时钟触发。

## 实验结果 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3doeW9yd2hudA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
手边的设备采样率不是很高，所以本应是方波的波形有些畸变。

*  1通道橙色是PWM信号，上升沿是每周期的开始，此时会触发AC采样；
 *  2通道紫色是CLA中断的执行时间，高电平时程序正在执行；
 *  ADC采样到CLA程序开始执行共耗时约440ns；
 *  在新的PWM周期开始前，CLA中断能够执行完毕，将新的占空比更新到寄存器中。

# 例程6 Optimal offloading of control algorithms to CLA #

## 配置 ##

这个例子展示了如何将控制算法从CPU移植到CLA，以满足系统需求。在本例中，模拟了两个控制回路，速度较快的一个（回路1）在200 KHz下运行，速度较慢的一个（回路2）在20 KHz下运行。回路1感应ADCA通道0的第一个参数，运行PI控制器，并对EPWM1A的输出贡献80%的权重。回路2感应ADCB通道2的第二个参数，运行PI控制器，并对EPWM1A的输出贡献20%的权重。需要注意的是，由于这些只是软件模拟的控制回路，但不涉及实际的物理过程，因此更新输出不会对采样输入产生任何影响。

ADCA被配置为使用SOCs 0-3对第一参数进行过采样以抑制噪声，并且类似地ADCB被用于对第二参数进行过采样。EPWM4和EPWM5配置为分别在环路1和环路2频率触发ADCA和ADCB采样。一旦所有4个soc的转换完成，CPU ISR或CLA任务将基于用户的配置被触发。

主回路中还有一个后台任务，当“system\_OFF”设置为1时，该任务将禁用整个系统，包括PWM输出和控制回路。当“system\_OFF”恢复为0时，系统将再次启用。默认情况下，system\_OFF设置为0，但它的值可以通过将其添加到表达式窗口并写入其中来动态更新。

项目中包含了DCL库，以在两个环路中使用的最优PI控制器。已将用户可配置的预定义符号“run\_loop1\_cla”添加到项目选项中，以指定是在C28x上运行loop1还是在cla上运行loop1。GPIO2和GPIO3用于分析loop1和loop2的执行。

> loop2一直在C28内核运行，loop1可选在C28或CLA；  
> 如果在C28内核运行，还提供了中断嵌套的代码；  
> 提供了停用和复用ADC中断的代码；  
> 通过该示例也能获得一个事实：对于280049C来说，单PI控制器控制的环路速度上限约为200kHz。

## 分析 ##

对于run\_loop1\_cla==0，即两个循环都在CPU上运行

*  loop1利用率=77.5
 *  Loop2利用率=6
 *  后台任务在一个while内循环

总CPU利用率大于利用率限制（UB），因此系统是不可调度的，低优先级任务（Loop2）的执行永远不会完成（在GPIO3上没有观察到切换），而且后台任务也没有机会执行。

对于run\_loop1\_cla==1，即高频控制环路（loop1）被移植到cla，而loop2在CPU上运行：

*  loop1利用率=77.5
 *  Loop2利用率=6

总CPU利用率仅为6，因此系统完全可调度，任何环路都不会发生丢失，将loop1卸载到cla将节省CPU带宽到同时执行后台任务。

## 验证 ##

为了快速检查示例功能，可以向模拟信道提供恒定的DC高/低输入，而不是改变模拟电压。两个回路的目标值都设置为一些中间值，即3500对应于 2.8V。现在，因为传感输入是常数，与目标值不同，因此控制器输出很快就会饱和为1或0。因此，“占空比”变量只能取基于回路中使用的方程的固定值，实际上，占空比输出是非常直观的。例如，如果两个输入都很低（GND），控制器将尝试产生最大占空比，因为目标高于感测值，因此占空比应为1.0（0.2+0.8），但将饱和到0.9（定义的最大值）。同样，如果两个输入都设为高，则占空比为0.1（定义的最小饱和值）。

# 例程7 Handling shared resources across C28x and CLA #

这个例子展示了如何应对跨C28x和CLA共享资源的挑战。由于外围设备在CLA和CPU之间共享，它们对寄存器的重复“读-改-写”可能导致数据竞争，最终导致数据冲突或不正确的功能。在本例中，CPU ISR和CLA任务独立运行。CPU ISR由EPWM4@10KHz触发，通过控制AQCSFRC的CSFB位，翻转EPWM1B输出。CLA任务由EPWM5@100Khz触发，通过控制AQCSFRC的CSFA位，翻转EPWM1A输出。因此，在这个过程中，CPU和CLA在不同的频率独立地对AQCSFRC寄存器进行“读-改-写”操作，这样就有可能出现竞争，并且其中一个来源的更新会丢失或被覆盖。这可以通过将“phase\_shift\_ON”设置为0U并将EPWM1A和1B输出至示波器来观察到。

这是一个典型问题，可以通过mutex等软件握手机制来处理。但是大多数实时控制程序都是时间敏感的，并且无法承受额外的软件开销，因此本示例建议使用另一种基于硬件的技术来避免CPU和CLA之间的共享资源冲突：  
利用EPWM模块的移相机制，根据需要调度CLA任务和CPU-ISR。EPWM4每ZERO事件产生一个同步脉冲，并向EPWM5提供20个周期的相移。这样，CLA task和C28x ISR都以原始频率运行，即100KHz和10KHz，但CLA task的相位偏移为20个周期，相对于CPU ISR。因此，不会发生对AQCSFRC的并发读修改写入，并且EPWM1A和EPWM1B的输出符合要求，即EPWM1A上的一致50 KHz脉冲宽度调制输出和EPWM1B上的一致5 KHz脉冲宽度调制输出，两者的占空比均为50%。为了在本例中使用此移相机制，请确保将“phase\_shift\_ON”设置为1。

# 参考文献 #

\[1\] F28004x Firmware Development Package USER’S GUIDE

[28377d_CLA]: https://blog.csdn.net/a6100309120/article/details/80805597
[DSP28377_CLA]: https://blog.csdn.net/Ocean_Ele/article/details/78995125
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