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(shì)。

圖 2-1 C29 架構(gòu)方框圖

VLIW CPU：C29 基于超長(zhǎng)指令字 (VLIW) 架構(gòu)設(shè)計(jì)。支持 16 位、32 位和 48 位的可變長(zhǎng)度指令。指令數(shù)據(jù)包大小從 16 位到 128 位，可實(shí)現(xiàn)更高的代碼密度，同時(shí)在單個(gè) 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(gè) 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(gè) 64 位數(shù)據(jù)，同時(shí)一條 64 位寫(xiě)入總線可在單個(gè)周期內(nèi)寫(xiě)入 64 位數(shù)據(jù)到內(nèi)存。

字節(jié)尋址能力和數(shù)據(jù)類(lèi)型：C29 支持字節(jié)尋址，并且數(shù)據(jù)類(lèi)型與其他常見(jiàn)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(gè) 32 位寄存器 (A0-A15) 或 8 個(gè) 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(yùn)算以提升性能。DX 寄存器包括 16 個(gè) 32 位寄存器 (D0-D15) 或 8 個(gè) 64 位寄存器 (XD0-XD14)，用于整數(shù)定點(diǎn)運(yùn)算。MX 寄存器包括 32 個(gè) 32 位寄存器 (M0-M31) 或 16 個(gè) 64 位寄存器 (XM0-XM30)，用于浮點(diǎn)運(yùn)算。

功能單元：總共有 24 個(gè)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(gè)功能單元支持一組特定指令，其中某些功能單元存在多個(gè)實(shí)例。例如，AX 寄存器文件配有 4 個(gè)比較單元，每個(gè)周期可以評(píng)估兩條 switch 語(yǔ)句的情況，從而提高 switch 語(yǔ)句的執(zhí)行效率。MX 寄存器組配有 2 個(gè)浮點(diǎn)乘法單元和 3 個(gè)浮點(diǎn)加法/減法單元，能夠每?jī)芍芷趫?zhí)行一次 FFT 蝶形變換運(yùn)算。

三角函數(shù)加速器 (TMU)：支持三角運(yùn)算，擴(kuò)展了對(duì) 64 位雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的支持，同時(shí)兼容 32 位單精度浮點(diǎn)運(yùn)算。

中斷：C29 支持常規(guī)中斷 (INT) 和優(yōu)化型實(shí)時(shí)中斷 (RTINT)。RTINT 使用專(zhuān)用的硬件中斷堆棧，在 RTINT 發(fā)生時(shí)，CPU 上下文會(huì)自動(dòng)保存到此堆棧中。這種方式比基于軟件的上下文保存機(jī)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(jī)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(jí)排序，減少了通過(guò)軟件確定優(yōu)先級(jí)的開(kāi)銷(xiāo)。

功能安全：如需實(shí)現(xiàn)較高的 ASIL 等級(jí)要求，需要在單個(gè)或多個(gè) CPU 內(nèi)運(yùn)行的多線程代碼之間實(shí)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(jiǎn)單，但是允許用戶定義多個(gè)關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器區(qū)域（稱(chēng)為訪問(wèn)保護(hù)區(qū)域 (APR)），這些區(qū)域可以通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為 LINK 的概念關(guān)聯(lián)在一起，形成一個(gè)隔離的線程。一個(gè)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(guò)讀取、寫(xiě)入或兩者兼具的權(quán)限訪問(wèn)特定數(shù)據(jù) LINK。相對(duì)于傳統(tǒng) MPU，SSU 的優(yōu)勢(shì)權(quán)限是基于正在執(zhí)行的代碼強(qiáng)制實(shí)施的。因此，不需要重新編程 MPU。每個(gè)線程都有一個(gè)硬件堆棧，堆棧在 CPU 中自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)完全隔離。在操作系統(tǒng)（例如 AUTOSAR）中，這種高效切換使實(shí)時(shí) ISR 可作為 CAT1 中斷獨(dú)立運(yùn)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(gè) C29 CPU 內(nèi)核可以運(yùn)行操作系統(tǒng)和控制任務(wù)，而不會(huì)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(shí)，強(qiáng)制執(zhí)行入口點(diǎn)和出口點(diǎn)。入口點(diǎn)和出口點(diǎn)指預(yù)先定義的、一個(gè)線程調(diào)用或分支到另一個(gè)線程，或從另一個(gè)線程返回的點(diǎn)。如果調(diào)用、分支到其他地址，或者從其他地址返回，則會(huì)觸發(fā)異常，從而避免安全攻擊。SSU 還支持通過(guò)稱(chēng)為 ZONE 的機(jī)制進(jìn)行固件更新和調(diào)試。每個(gè) ZONE 都具有獨(dú)立的密碼和調(diào)試設(shè)置。ZONE 支持安全的多方寫(xiě)作開(kāi)發(fā)，每個(gè)開(kāi)發(fā)方都可以獨(dú)立定義密碼，阻止其他方查看代碼，同時(shí)控制代碼的調(diào)試權(quán)限。