加速实时控制处理：从
经检验可靠的 MCU 到下一代 MCU
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摘要
本文探讨了专用硬件加速器在实时控制系统中的重要性。本文档强调了实时控制环路的处理阶段的作用，并解释了集成到高性能微控制器 (MCU) 中的不同硬件加速器在协助降低系统的整体延迟方面发挥的作用。这里讨论了增强型浮点功能、集成型三角函数和控制律加速器以及各种用于优化通信的技术。
本文最后介绍了两个专为高级实时控制应用而设计的 MCU 产品系列：用于专用控制系统设计的 C2000™ 实时 MCU 产品系列，以及基于 Arm® 的 AM26x MCU 产品系列，后者可在以 Arm 为中心的生态系统中提供各种处理能力。
1 引言
实时控制系统是众多关键应用的神经中枢。这些系统协调了感应、处理和驱动之间的微妙平衡，其重要性不言而喻。
以电动汽车中的牵引逆变器为例。逆变器的主要功能是将电池的直流电源转换为电机依赖的三相交流电源。在这种情况下，每一毫秒都至关重要。逆变器不断根据路况、负载需求和驾驶员输入等变量进行调节，提供平稳且节能的驾驶体验。同样，对工业机器人进行编程，以确保其在重复的任务中保持高精度。无论是旋转角度还是施加的力，速度和精度都至关重要。即使是细微的偏差也可能导致产品出现缺陷。得益于实时控制系统，机器人和车辆中的电机能够全天候安全无缝地运行。
图 1-1 实时控制环路的主要功能块
每个实时控制系统都包含：
- 感应：无论是电动汽车电池中的温度传感器还是机械臂中的位置传感器，这些器件都能持续采集实时数据。
- 处理：精密的算法会解读这些原始数据。鉴于实时需求，该阶段的速度和精度至关重要。
- 驱动：系统会接收命令，从而根据处理的数据产生实际的操作。
在设计实时控制系统（无论是多轴驱动器、工业机器人、电动汽车还是光伏逆变器）时，主要目标是更大限度地减少延迟，从而优化性能。配备专用硬件加速器的高性能微控制器可实现这一目标。这些加速器专为高效处理复杂的控制算法而设计。以下各节重点介绍实时控制环路的处理阶段，讨论了算法开发以及硬件加速器在尽可能减少系统延迟方面的作用。本文最后回顾了 TI 为这些应用打造的出色 MCU 产品系列。