C2000在新能源（含汽车，光伏，储能，充电等应用）有着领先的占有率，本文在23年4月份文章 "实时微控制器的关键技术及国产玩家"基础做的更新；
一年时间，又多了几家冲着实时控制(如C2000)去的国产芯片发布，有的确实让人眼前一亮；
1、实时控制器概览
如下图，是摘自TI的交流感应电机的控制流程图，数字控制其实原理非常简单，分三步：
感知：通过ADC采样需要被控制的信号：如电压，电流，转速等
计算：结合控制目标及控制算法，计算当前需要输出的PWM占空比
执行：PWM输出
图1,2 TI，环路控制概览
在介绍大功率直流充电桩时候，针对设计小二都有特别标注一个参数：开关频率
比如PFC在40kHz~150kHz，LLC: 130kHz~250kHz，电机一般10kHz以下
而太阳能逆变器，有的频率会到500kHz的高频
传送门：大功率充电桩系列
这里就引出了实时微控制器的一个核心，环路控制的周期，就是图1中完成感知，计算及执行的时间；
10khZ，一个环路控制周期是100us；
100kHz，一个环路控制周期10us；
500kHz，一个环路控制周期2us；
环路时间是一个综合性的指标，如下图是TI针对环路做的分析
图3 TI，环路控制概览
2、实时控制器的关键点
接着第一节的图，看采集，信号处理，执行涉及到的一些IP
ADC，
- 转换时间，1Msps采样率的ADC的采样时间是1us，如果是500kHz开关频率，只剩下1us给CPU处理明显是不够的；目前主流的12bit ADC，基本都在4Msps以上，一个采样转换的时间在0.25us
- ADC的通道及转换单元，一般控制的采样信号是多路，比如2/3路电流，而且为了保证控制效果，需要同时采样；
小二画了两个对比示意图，分别是3采样保持单元+1转换单元，和三个采样保持单元+3个转换单元的输出结果示意；应该容易计算，如果1Msps的ADC，他们输出3个采样结果的时间分别是<3us(三通道一起采样保持，会省一些时间)和1us；
- 转换精度，这个影响到控制精度，和控制对象的范围，一般12bit很多场景足够，部分是到14bit；
- 中断响应时间，看图
CPU，
计算大脑，影响信号处理的时间；我们假设完成一个计算需要300条指令，比考虑浮点运算及乘除法运算情况下，假设RAM里面执行，100MHz的CPU，完成需要3个us，我们把影响展开具体分析下：
- 主频率，这个很好理解，执行指令的周期，目前随着工艺的提高，主频也提升了，国产M4F级别的MCU，一般40nm工艺下，跑200MHz
- CPU架构，不同的CPU架构，流水线的级数，不一样，同一工艺级别可以支持的主频率差别会很大，同40nm情况下，M0级别可能是64MHz，M4F是200MHz，M7就可以到300MHz以上了；
此外，CPU是否支持DSP，FPU，乘法除法器也是非常关键，比如M3和M4都是1.25DMIPS/MHz，但是CM3不支持DSP和SIMD，FPU，处理能力比M4就弱上一大截了；
CM3和CM4对DSP指令的支持
CPU小二发现了一款亮眼的， ARM基于V8架构推出的Cortex-M52 （ARM中国团队研发的STAR-MC2同款），回头有时间再介绍
- Flash的取指速度，TCM，I/D Cache，一般程序都存储在Flash里面，但是程序的执行是在CPU里面的，可能不少工程师还吃过这个亏，有的CPU主频太快，Flash慢，这里就需要配置Flash的Wait Cycle，如果配置错误，可能导致芯片跑飞；
为了解决Flash慢的问题，从而提出了Instruction Cache和Data Cache的设计，以及Tightly Coupled Memory的设计，保证没有系统存储没有短板；
目前的MCU，有部分是XIP的Flash，为了保障程序快速运行，就加入了TCM，然后取了一个名字：Zero-Wait State Flash，零等待，跑更快；有些大厂的Flash直接取指速率可以做到接近100MHz，让人敬佩；
当然，运算的效率还和系统的部分IP，诸如DMA，这里就不展开了；
PWM，
聊到这里，相信大家已经理解，PWM是重要的一个，但是不是唯一的；
PWM作为控制器里面的重要单元，负责对外输出控制，也负责环路控制的触发（触发ADC采样）
我们先了解HRPWM和PWM单元；
HRPWM，High Resolution，顾名思义，就是高分辨率，多高算高？一般ps级别的分辨率算高；HRPWM和PWM最主要的区别也在这里；
那么，这个HRPWM难吗？我们算一个数字，德州仪器TI的高端C2000，支持150ps的分辨率，150ps，对应的时钟等效 1000,000/150MHz，即6.66GHz；而主频只是200MHz，应该说难度确实高；
TI实现HRPWM采用了其自主的MEP设计，如下图，在传统的PWM的边缘，增加对边缘做细微修整，比如PWM是46%占空比，通过MEP的调整，可以增加到46.XX%
高精度PWM只是PWM的一个特性，PWM的通道同步方式，和外设的互相触发方式，保护方式都是细节
3、几大派系简介
如文章开篇的图，小二盘点下各大派系的特点：国防科大：最大特点是hex兼容/bin兼容，里面进芯因为做的时间早，目前是唯一一家营收破亿的，其他家应该都在1000万营收内；因为是完全兼容，因此是否存在专利风险，是否可以出口，会是商务层面的一个关键问题；
中科大派：
这个派系基本是采用RISC-V内核+C2000兼容的外设，RISC-V内核本身的灵活性为CPU扩展自主指令提供了基础，有没有用起来就看各家水平；中科大派走的最快的应该是中科昊芯，宣传的很热闹，行业内有不少客户有评估，至于口碑...
海思系：
开始没想到海思系的实时控制MCU创业公司如此多，而且走的技术路线如此一致；特点是资源管够，外设兼容TI，TI F28377D (1MB Flash，204KB SRAM），华太的是(2MB Flash，768KB SRAM)；目前两家都开始了市场推广；
华太 HS32F7D377结构框图
翌创微 ET6001结构框图
通用MCU系：
目前国内头部的MCU厂家都已经完成了实时控制的产品线布局：兆易，国民，极海，小华
小华参考STM32F334规格，凭借用40nm工艺优势，把主频提升到了120MHz,奇怪的是没有专门的硬件计算加速单元（类似三角函数加速等）；
国民参考STM32G4规格，凭借40nm工艺优势，把主频提升到了200MHz，应该说是G4的升级；
兆易围绕E5x系列和H7系列，丰富了应用参考设计；
极海是通用MCU大厂里面唯一一家走C2000技术路线的，小二也是从这颗芯片了解到Cortex-M52内核。