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来源:电子电路开发学习发布时间:2022-11-272108浏览
询问 AI裸机编程的难度，RTOS的扩展性，FPGA的实时性与确定性。——MC3172
最近收到感芯科技寄来的一款开发板（https://mbb.eet-china.com/evaluating/product-99.html），非常感谢面包板社区和感芯科技。我本次评测并没有申请，收到这块板子还有一些故事。因为我和一位申请的朋友重名了，正好我又有小编的微信，所以也给我寄来一块，为了避免快递来回寄的麻烦，就没有退还，多一个用户评测总是好的。
这款开发板基于感芯科技MC3172芯片，业内首发并行多线程实时处理器，也就是可以完全硬件级实现多线程同时运行，最多支持64同步线程，不同于普通单片机运行RTOS，有点类似FPGA的并行执行方式，但它又是一颗MCU。
和普通的MCU相比，芯片本身特殊在哪里？开发方式又有什么区别呢？
本文将从硬件和软件两个方向来进行评测，硬件主要介绍芯片外设、开发板资源，软件介绍这颗芯片的开发环境搭建，应用开发和调试，以及对芯片的性能进行一个简单的测试。
都有哪些内容？
MC3172开发板简介
MC3172芯片简介
什么是并行多线程实时处理器
关于关心科技
MC3172开发环境搭建
Hello World
资料下载
总结
因为我主要从事于FPGA开发工作，对于MCU接触不多，所以本次评测的广度和深度有限。
MC3172开发板非常小巧迷你，大小只有46x31mm，连银行卡大小的一半都不到，尺寸小巧的代价就是资源非常有限。
板载如下硬件资源：
MC3172最小系统电路
CH554G下载器电路
5v转3.3/1.8v稳压电路
2.54mm扩展IO
USB接口为MicroUSB，只需要一根USB线即可完成程序的下载。目前安卓常用的是Type-C口，如果你没有这种老的MicroUSB线，可能会不太方便。为了降低成本和减小板子整体面积，3.3v和1.8v稳压芯片采用的是封装比较小的SOT-23封装的XC6206P182MR和XC6206P332MR。
遗憾的是没有板载电源LED、用户LED、用户按键等基本外设，不过都把所有的GPIO都通过标准的2.54mm间距排针引出来了，包括5v/3.3v/1.8v电源，也可以连接你想要扩展的外部模块，比如液晶屏，LED，温湿度传感器，WiFi等。
MC3172开发板PCB采用立创EDA进行绘制。如下：
3D效果
外扩的IO定义
这块板子目前在官方店铺售价39 RMB包邮。
MC3172是感芯科技研发的第一款32位RISC-V处理器，它是一款多线程实时处理器，可实现64线程同步并行运行，线程资源可按需配置，共享代码段空间与数据段空间，硬件级实时响应，无需中断服务程序，无需实时操作系统。
MC3172具有如下特性：
基于RISC-V RV32IMC 指令集，100%单指令周期，最高200MHz主频，3.37coremark/MHz。
片上128KB共享SRAM，可存放代码和数据，可按需配置为96+32/64+64/32+96，灵活应对各种应用场景。
12个可配置通信接口，可配置为USART、SPI主从机、USB 2.0主机/设备（全速和低速）、CAN 2.0B。
6个24位通用计数器，可提供高精度PWM与输入捕捉
64个快速GPIO，可提供丰富的自定义控制接口。
核心1.8v供电，GPIO 1.8-3.3v供电
内嵌200MHz和8MHz RC振荡器
外部支持最高133MHz输入时钟
串行2线制TWDP调试接口，TWDIO 和 TWCLK，支持程序下载和调试。
LQFP100封装和QFN88封装可选。
更多详解介绍，可以查看文末的MC3172数据手册。
MC3172的程序加载方式比较特殊，和FPGA的被动加载比较类似，MC3172内部只有RAM空间，通过CLK和DIO两根线连接到外部的CH554单片机，单片机外部连接了一颗SPI接口的Flash，当执行程序下载时，实际上是通过连接在单片机上的USB线，将程序文件下载到单片机外挂的Flash内部，上电启动时，单片机将Flash中的数据读出，通过CLK和DIO给MC3172加载。
论坛网友还自己设计了MC3172开发板2.0版本，开源了AD工程，下载地址在文末。
可以看出，2.0版本明显比官方的开发板大了一些，LED、按键、串口等硬件资源也多了。
众所周知，目前的微控制器，除了FPGA是真正的并行运行，由时钟信号来驱动，在一个时钟周期内，多个模块可以同时执行很多操作。
MCU虽然也能通过RTOS任务调度器实现多线程，但其实是通过快速的切换来实现实时。
而MC3172为并行多线程实时处理器，是在芯片级实现的多线程同步并行运行，互不阻塞，各个线程共享数据段与代码段，无通信瓶颈。
各个线程按需分配主频，完成各自专项任务，无需中断与线程调度，故具有极强的实时性和可预测性，可以代替实时操作系统，实现程序的模块化与复用性。
它有着操作系统的效率，但是它的线程调度没有任何抖动与等待。
它有着裸机编程的直接，但是它的中断响应没有任何延迟与嵌套。
多线程的应用场景有哪些呢？可以类比FPGA中模块的概念，一个模块一个功能，每个模块独立运行。
比如采集温湿度，通过显示屏进行展示，并上传到云平台，可以分为3个线程：
传感器驱动线程，完成初始化，定时获取传感器数据
显示线程，定时刷新显示的数据值
网络驱动模块，完成网络模块的初始化，定时将数据上传到云端。
两轮自平衡车PID控制可分为如下几个线程：
电机驱动线程，用于设定电机的转速
姿态反馈线程，用于监测当前运动状态
PID计算线程，用于根据姿态计算出电机的脉冲信号
多线程实时处理器的开发和应用，可以达到裸机编程的难度，RTOS的扩展性，FPGA的实时性与确定性。
随着机器人，工业自动化，汽车等应用的进一步扩展，高实时多并发的多线程处理器必将大有作为。
厦门感芯科技有限公司，2020年12月成立于福建厦门，是一家专注于高实时多并发应用领域微控制器研究的高科技企业。
从官网来看，目前芯片产品有MC3172，通过同步多线程的使用，可以达到裸机编程的难度，RTOS的扩展性，FPGA的实时性与确定性。
感芯科技官网：http://www.gxchip.cn/
感芯科技目前还比较年轻，成立时间比较短，目前只有MC3172这款芯片产品，另辟蹊径，主打硬件级多线程实时处理器，和通用MCU市场做了区分。
MC3172是一颗RISC-V内核处理器，使用完全国产化、通用化的MounRiver Studio开发环境，我相信对于从事RISC-V MCU开发的朋友来说，这款开发环境应该不陌生，目前有多款国产RISC-V芯片都是使用的这个开发环境，支持常见的Windows、Linux、MacOS三大主流平台。
我第一次接触这个开发环境，是使用沁恒的CH32V芯片，这款开发环境还支持通用的RISC-V内核芯片开发，比如RV32E，RV32I，RV64I等，MC3172是基于RV32IMC指令集。可以到文末的资料汇总获取软件的下载链接。
除了开发环境，我们还需要获取两个工具。
程序下载工具，用于将hex文件通过CH554G下载到SPI Flash。
配置代码生成工具，用于配置各个线程的频率，堆栈空间大小等等。
这两个工具都是基于Qt开发，而且开源在感芯官方Gitee上，地址在文末资料汇总。
可以根据自己的需要，丰富软件的功能，或者进行一些个性化定制。
板载的下载器使用是USB-HID协议，所以无需安装驱动即可使用。
用于配置线程运行空间的组合方式，线程的个数，每个线程空间的大小，时钟源的选择等等。
自动生成两个配置文件MC3172.lds链接脚本和thread_config.h线程配置文件，直接放在我们的工程下即可调用。
开发环境搭建完成后，下载感芯MC3172 V1.21资料包，在模板例程的基础上，我们来实现一个Hello World工程，用到了GPIO和UART外设。
使用线程配置工具，分别使能3个线程，线程频率配置为主时钟频率的1/4，即48/4=12MHz，线程栈空间大小为128字节。
线程0实现5个LED流水灯，PB1/3/5/7/9：
voidthread0_main(void)
{
uint8_tcnt=0;
uint32_tstatus=0x02;
uint32_tgpiob=GPIOB_BASE_ADDR;
INTDEV_SET_CLK_RST(gpiob,INTDEV_RUN|INTDEV_IS_GROUP0|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV4);
GPIO_SET_OUTPUT_EN_VALUE(gpiob,GPIO_PIN1|GPIO_PIN3|GPIO_PIN5|GPIO_PIN7|GPIO_PIN9,GPIO_SET_ENABLE);
GPIO_SET_OUTPUT_PIN_TO_1(gpiob,GPIO_PIN1|GPIO_PIN3|GPIO_PIN5|GPIO_PIN7|GPIO_PIN9);
while(1)
{
status<<=2;
if(status==0x800)
status=2;
GPIO_SET_OUTPUT_PIN_VALUE(gpiob,GPIO_PIN1|GPIO_PIN3|GPIO_PIN5|GPIO_PIN7|GPIO_PIN9,status);
delay_ms(500);
}
thread_end();
}
线程1实现串口回环测试，TXD=PA15，RXD=PA14：
voidthread1_main(void)
{
u8rx_data_rp=0;
u8rx_data=0;
//TXD=GPCOM_P3=PA15,RXD=GPCOM_P2=PA14
INTDEV_SET_CLK_RST(GPCOM3_BASE_ADDR,(INTDEV_RUN|INTDEV_IS_GROUP0|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV4));
GPCOM_SET_IN_PORT(GPCOM3_BASE_ADDR,(GPCOM_RXD_IS_P2));
GPCOM_SET_OUT_PORT(GPCOM3_BASE_ADDR,(\
GPCOM_P0_OUTPUT_DISABLE|GPCOM_P3_OUTPUT_ENABLE|GPCOM_P2_OUTPUT_DISABLE|GPCOM_P1_OUTPUT_DISABLE|\
GPCOM_P0_IS_HIGH|GPCOM_P3_IS_TXD|GPCOM_P2_IS_HIGH|GPCOM_P1_IS_HIGH\
));
GPCOM_SET_COM_MODE(GPCOM3_BASE_ADDR,GPCOM_UART_MODE);
GPCOM_SET_COM_SPEED(GPCOM3_BASE_ADDR,12000000,115200);//48/4=12
GPCOM_SET_OVERRIDE_GPIO(GPCOM3_BASE_ADDR,(\
GPCOM_P2_OVERRIDE_GPIO|GPCOM_P2_INPUT_ENABLE|\
GPCOM_P3_OVERRIDE_GPIO\
));
rx_data_rp=GPCOM_GET_RX_WP(GPCOM3_BASE_ADDR);
while(1)
{
if(rx_data_rp!=(GPCOM_GET_RX_WP(GPCOM3_BASE_ADDR)))
{
rx_data=GPCOM_GET_RX_DATA(GPCOM3_BASE_ADDR,rx_data_rp);
GPCOM_PUSH_TX_DATA(GPCOM3_BASE_ADDR,rx_data);
rx_data_rp++;
rx_data_rp=0x0f;
}
}
thread_end();
}
线程2实现串口500ms输出Hello World by MC3172! mbb.eet-china.com字符串：
voidthread2_main(void)
{
while(1)
{
my_printf(GPCOM3_BASE_ADDR,"HelloWorldbyMC3172!mbb.eet-china.com\r\n");
delay_ms(300);
}
thread_end();
}
我们自己写一个简单的串口输出字符串：
voidmy_printf(uint32_tcomx,char*pStr)
{
while(*pStr!=0)
{
while(GPCOM_TX_FIFO_FULL(comx));
GPCOM_PUSH_TX_DATA(comx,*pStr++);
}
}
再写一个毫秒级延时函数：
voiddelay_ms(uint32_tms)
{
uint32_tnow=CORE_CNT;
uint32_tCNT_MS=ms*(CORE_CLK/1000);
while(CORE_CNT-now<CNT_MS);
return;
}
延时函数实现的原理是MC3172内部有一个全局的计数器，计数时钟源是内核时钟，32位递增计数，可以通过CORE_CNT地址读取。
从串口输出记录的时间戳，看出延时时间还比较准确，各线程也都正常运行。
3M波特率波形：
2M波特率波形：
感芯MC3172资料包MC3172资料合集_v1.21
http://www.gxchip.cn/upload/202210/08/202210082332589333.zip
开发环境MounRiver Studio
http://file.mounriver.com/upgrade/MounRiver_Studio_Setup_V182.zip
感芯科技官方GitHub仓库
https://gitee.com/gxchip
（包括代码生成工具、ISP下载工具源码、CH554G下载器固件源码、MC3172工程模板等）
感芯科技官方技术论坛
https://whycan.com/f_57.html
论坛游总封装的HAL库
https://gitee.com/ylc0919/mc3172.git
MC3172民间参考手册
https://docs.qq.com/doc/DREJmcnpDQWVFcnhw
MC3172开发板入门体验
https://blog.csdn.net/panda5_csdn/article/details/125732906
论坛网友画的2.0版本的开发板AD工程
链接：https://pan.baidu.com/s/1VPL9Jm-Jvb1YHvXvZCYHGw
提取码：y3qc
使用Visual Studio来开发MC3172
https://whycan.com/t_8577.html
MC3172上移植文件系统
https://gitee.com/yanhui5329/mc3172_-fat-fs
总的来说，MC3172硬件实时多线程处理器，算是众多MCU产品中的一朵奇葩，可以不用RTOS，就可以实现芯片级的多线程，降低了用户开发的难度，当然，客观的说，芯片的生态环境还有待完善，芯片的配套文档，比如寄存器手册，用户手册，固件函数驱动库等都还不够成熟，如果想要在通用MCU市场瓜分一点市场的话，理想的做法还是尽量去兼容比较主流的函数库，这样可以用最短的时间适配现有项目工程。MC3172首款开发板的配置也比较简单，没有用户外设，比如LED，按键，USB接口也没有串口功能，不方便调试等等，不能够对芯片本身的资源做一个完整的评估，软件开发环境还不支持程序下载和调试工具，多线程配置工具，没有加载当前已有配置的功能，如果需要对已经配置的线程进行修改，打开配置工具后，需要再一个一个单独的配置。
整体来说，对于百花齐放的国产MCU市场来说，是一朵奇葩（褒义），如果进一步完善生态环境，并且有不错的价格优势的话，将会有很大的市场。
本文对MC3172的评测比较浅薄，我也并没有深入测试MC3172这款独特的芯片，文中有描述不准确的地方，欢迎在评论区留言交流。
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