2 C29 CPU 及其主要特性

圖 2-1 所示為 C29 CPU 的方框圖、其主要特性和優(yōu)勢。

圖 2-1 C29 架構(gòu)方框圖

VLIW CPU：C29 基于超長指令字 (VLIW) 架構(gòu)設(shè)計。支持 16 位、32 位和 48 位的可變長度指令。指令數(shù)據(jù)包大小從 16 位到 128 位，可實現(xiàn)更高的代碼密度，同時在單個 CPU 周期內(nèi)最多執(zhí)行八條 16 位指令。

CPU 內(nèi)存總線：128 位寬程序總線，可以提取一個 128 位寬指令數(shù)據(jù)包以供 CPU 執(zhí)行。兩條 64 位讀取總線，支持并行讀取兩個 64 位數(shù)據(jù)，同時一條 64 位寫入總線可在單個周期內(nèi)寫入 64 位數(shù)據(jù)到內(nèi)存。

字節(jié)尋址能力和數(shù)據(jù)類型：C29 支持字節(jié)尋址，并且數(shù)據(jù)類型與其他常見的 CPU 架構(gòu)（如 ARM）完全兼容。

CPU 寄存器：提供三組寄存器：Ax、Dx 和 Mx。Ax 寄存器包括 16 個 32 位寄存器 (A0-A15) 或 8 個 64 位寄存器 (XA0-XA14)，主要用于地址生成，并在流水線早期階段執(zhí)行某些整數(shù)運算以提升性能。DX 寄存器包括 16 個 32 位寄存器 (D0-D15) 或 8 個 64 位寄存器 (XD0-XD14)，用于整數(shù)定點運算。MX 寄存器包括 32 個 32 位寄存器 (M0-M31) 或 16 個 64 位寄存器 (XM0-XM30)，用于浮點運算。

功能單元：總共有 24 個功能單元，分別與 Ax、Dx 和 Mx 寄存器組及特殊功能寄存器相關(guān)聯(lián)。每個功能單元支持一組特定指令，其中某些功能單元存在多個實例。例如，AX 寄存器文件配有 4 個比較單元，每個周期可以評估兩條 switch 語句的情況，從而提高 switch 語句的執(zhí)行效率。MX 寄存器組配有 2 個浮點乘法單元和 3 個浮點加法/減法單元，能夠每兩周期執(zhí)行一次 FFT 蝶形變換運算。

三角函數(shù)加速器 (TMU)：支持三角運算，擴展了對 64 位雙精度浮點運算的支持，同時兼容 32 位單精度浮點運算。

中斷：C29 支持常規(guī)中斷 (INT) 和優(yōu)化型實時中斷 (RTINT)。RTINT 使用專用的硬件中斷堆棧，在 RTINT 發(fā)生時，CPU 上下文會自動保存到此堆棧中。這種方式比基于軟件的上下文保存機制要快。除了速度更快之外，周期數(shù)也是固定的，因此可以提高確定性。而基于軟件的上下文保存機制可能需要可變數(shù)量的周期數(shù)。支持硬件中斷優(yōu)先級排序，減少了通過軟件確定優(yōu)先級的開銷。

功能安全：如需實現(xiàn)較高的 ASIL 等級要求，需要在單個或多個 CPU 內(nèi)運行的多線程代碼之間實現(xiàn)隔離。功能安全和信息安全單元 (SSU) 提供了這種隔離能力。SSU 雖然形式簡單，但是允許用戶定義多個關(guān)聯(lián)的存儲器區(qū)域（稱為訪問保護區(qū)域 (APR)），這些區(qū)域可以通過一個稱為 LINK 的概念關(guān)聯(lián)在一起，形成一個隔離的線程。一個線程由代碼、數(shù)據(jù)、堆棧和外設(shè)組成。特定代碼 LINK 可以通過讀取、寫入或兩者兼具的權(quán)限訪問特定數(shù)據(jù) LINK。相對于傳統(tǒng) MPU，SSU 的優(yōu)勢權(quán)限是基于正在執(zhí)行的代碼強制實施的。因此，不需要重新編程 MPU。每個線程都有一個硬件堆棧，堆棧在 CPU 中自動切換，實現(xiàn)完全隔離。在操作系統(tǒng)（例如 AUTOSAR）中，這種高效切換使實時 ISR 可作為 CAT1 中斷獨立運行，不受操作系統(tǒng)干擾，并與 AUTOSAR 應(yīng)用程序完全隔離。因此，單個 C29 CPU 內(nèi)核可以運行操作系統(tǒng)和控制任務(wù)，而不會影響控制性能。

信息安全：當(dāng)代碼執(zhí)行在不同線程的堆棧之間切換時，強制執(zhí)行入口點和出口點。入口點和出口點指預(yù)先定義的、一個線程調(diào)用或分支到另一個線程，或從另一個線程返回的點。如果調(diào)用、分支到其他地址，或者從其他地址返回，則會觸發(fā)異常，從而避免安全攻擊。SSU 還支持通過稱為 ZONE 的機制進行固件更新和調(diào)試。每個 ZONE 都具有獨立的密碼和調(diào)試設(shè)置。ZONE 支持安全的多方寫作開發(fā)，每個開發(fā)方都可以獨立定義密碼，阻止其他方查看代碼，同時控制代碼的調(diào)試權(quán)限。