芯片杂谈 -- 常聊的内核包含哪些模块

目录

1. R52内核速览

2. 处理器模块详解

3.内核的功能安全测什么？

4.小结

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最开始接触到汽车MCU大都来自NXP、Infineon、Renesas，例如MPC5748、TC275、RH850 P1X等等；

而各大OEM、供应商等等发布的JD通常都会要求熟悉AURIX、PowerPC、G3KM等等内核。

其实我从来没明白这个所谓熟悉，是哪种程度？而面试者通常也不会问太多内核的东西。

但是出于好奇，我去研究了目前非常火的ARM Cortex-R52 处理器，总结一下内核里的东西，算是一个入门小科普。

1. R52内核速览

Cortex-R52处理器是一款中等性能、有序、超标量处理器，主要用于汽车和工业应用。参考模型如下图所示：

 该处理器包含如下部件：

• Core，内核；
• TCM，Tightly Coupled Memories，最靠近内核的一段RAM，不能cache，速度最快；对应Tricore的DSPR\PSPR等。
• 总线接口，AXIM\S、Flash 接口、LLPP(Low-latency Peripheral Port)接口；
• GIC，Generic Interrupt Controller中断控制器；

• PMC，Programmable MBIST Controller，用于执行内部MBSIT测试等

• ....

目前已经有大厂基于此核做区域控制器，例如S32Z、E。

根据文档描述每个处理器(Processor)可以下挂1-4个内核(Core)，因此从这里就引出了Cluster的概念，以S32Z为例，它总共分为了2个Cluster：

每个Cluster里包含4个内核，如果需要锁步，那就配置为两对锁步核使用；也可以一个cluster配置锁步，另一个cluster配置4个普通核；更有甚者可以直接配置2*4个普通核使用。

那如果是配置为8个核使用，没有锁步，处理器的功能安全如何保证？

为此，我们就必须对处理器的内存进行一些测试，那么就有必要搞懂里面到底包含了哪些模块。

2. 处理器模块详解

R52内核采用 Harvard memory 架构，从内部视角看就分为了两个独立路径来访问指令和数据，如下所示：

从上图，我们可以看到，指令侧仅仅是取指，所以是一个单向接口；数据侧可以读写数据，但是只有从AXIM取写数据，所以Flash接口是一个单向接口，AXIM是一个双向的。除此之外，R52提供了A\B\C TCM，可以实现最快速地访问，因此这块RAM里面可以运行时间要求很高的代码。

有了上述逻辑之后，我们进一步来看Core里面应该包括哪些模块？

由于没有找到R52内部的细节，所以从基于M33依葫芦画瓢总结如下：

首先是获取数据的指令侧和数据侧，在ARM内核中均使用BIU(Bus Interface Unit)用于总线仲裁，处理Flash接口、AXIM接口的访问冲突；

其次，我们汇编常用的load store指令，则有LSU(Load Store Unit)控制访问其他外设系统等；

当LSU完成基本操作后后，统一送到DPU(Data Processing Unit)进行处理，DPU是内核最重要的单元，它包含了ALU(Arithmetic and Logic Unit)、异常响应、取指译码执行等。异常的来源通常有GIC提供。

为了加快运行速度，PFU(Prefetch Unit)可以从Cache中预取指令，送到DPU进行处理。

总结下来，一个Core内部至少应该包括如下单元：

• DPU：Data Processing Unit，取指译码执行指令、处理异常；
• LSU：Load Store Unit，控制外设访问的load、store操作；
• PFU：Prefetch Unit，预取Cache指令；
• BIU：Bus Interface Unit，处理不同总线接口访问冲突；
• TCU：TCM Control Unit，控制TCM的load store操作；

至于R52内部还有哪些单元，看后续有无公开资料可以看看。 

3.内核的功能安全测什么？

首先可以确定的是，online test模式下，内核LBIST是没法做了，不然芯片重启了都完蛋，PBIST上电搞一次可以了，后面就持续监控，那能做的只有MBIST；

MBIST在R52里是由PMC-52进行控制，那具体可以测什么内容呢？

TCM是可以测试的，其次就是核里自带的Cache，包括指令Cache、数据Cache。

其实从这点来看，TC3xx的MTU设计还是非常厉害的，它仅用MTU+SSH就可以覆盖全芯片的Memory测试，而如果使用R52内核的MCU会如何设计MBIST，确实非常让人好奇。

4.小结

用了很小的篇幅来描述内核里的各种单元，有个初步印象，后续准备多多对比几家汽车MCU的内核，看看那些自研内核会不会有相似之处。

就酱，债见！