DSP28035的CLA使用经验

为什么用CLA

28035的CLA比较强大，不用就浪费了这块芯片可以说是一大半的性能。首先谈谈28035所属的Piccolo系列。
Piccolo系列是TI公司推出的主打性价比的C2000系列DSP,它很大程度也改变的外部电路，内部集成了FLASH/OTP ROM和RAM，使用变得非常简单，成本就是非常平易，性价比极高。它采用单电源供电，只要3.3V就可以稳定工作；内部采用了上电复位电路外接阻容就可以工作（要求高的场合，建议使用外部复位器件）；内部集成了精度为1%的震荡器，不需要外接晶体，节省成本；Piccolo集成的ADC有12位的分辨率，使用内部参考源也可以达到10.9位的精度。总之就是性价比极高。然而这个系列中好几款芯片都没有FPU，只有CLA（2802x印象中CLA也没有），这样60M的28035运算能力岂不是很弱，都不如stm32f102c8t6了。但是幸好CLA不是个普通的模块。
TI文档中介绍，CLA是一个完全可编程的独立32位浮点硬件加速器，专为数学密集型计算而设计。该加速器可以显著提高控制算法中常见的典型数学函数的性能。CLA设计用于与C28x CPU并行执行实时控制算法。有效地提高了计算性能。这使得CLA非常适合在C28x CPU上管理具有更高循环性能改进的低级控制循环。CLA的另一个优点是，由于它直接访问内存，因此消除了管理数据页指针的开销损失。此外，CLA上的乘数不需要任何延迟槽。从而提供真正的单周期性能。对于电机控制和太阳能等应用，使用CLA的设备可以比C28x CPU提高1.3倍左右的性能，如下表所示。此外，通过使用CLA来服务时间关键的函数，C28x CPU被释放出来用于其他任务，比如通信和诊断。根据TI的设计，我感觉28035中，CPU部分更是适合作为任务调度和实时性要求不高的运算，CLA部分更适合算法运算，而且两者共享同一内存，变量传递很方便
以下是TI文档spraan9a中的CLA与FPU性能差别对比表，需要注意的是目前CLA已经支持c语言编程。从表中可以看出，CLA的运输和转换效率高于C28X+FPU的架构。文档中说CLA只能用汇编，实际上现在CLA已经能支持c语言编程了。

而根据TI官网，可以对比28335与28035的性能，60Mhz的28035,相比150Mhz的28335，其MIPS能到120，仅比28335少30。


如果不用CLA模块，虽然有IQMath这个伪浮点数计算库，但是在平均最高60MHz的处理速度下，仍然后很多工作无法胜任。
随着DSP的发展，CLA的功能也随之升级。目前有CLA0-2三代。 CLA0到1的升级中，最显著的一点是扩大了程序寻址范围。而CLA2最显著的改进是拥有了真正的软件调试断点和背景任务模式，并且可以访问更多的外设，比如CLA0时期只能访问PWM和AD的部分寄存器，而CLA1已经可以访问GPIO的寄存器了。这样看上去越来越像一个CPU的核心了。
目前在28035和28379的CLA上进行过程序迁移。两者都显著提升了执行执行的速度。这是同一算法在28035CPU与CLA的执行时间。
CPU执行时间

CLA执行时间
可以看到效果明显，不过遇到一个奇怪的现象，这一句话在28379直接从CPU移植到CLA可以直接正常运行

//PLL
error=-ealpha_est*CLAcos(theta_fan)-ebeta_est*CLAsin(theta_fan);
1
2

   然而28035的CLA就需要这样写

err1=-ealpha_est*CLAcos(theta_fan);
err2=-ebeta_est*CLAsin(theta_fan);
error=err1+err2;
1
2
3

不知道是不是28035的CLA0与28379的CLA1有区别，但是我问过TI官方社区，他们回复说计算上没区别。所以这边存疑，不过问题是解决了，只需要分步计算就行了。

CLA使用注意

CLA也没有硬件除法器，为此TI提供了CLAmath.lib这一函数库，包含了三角函数、除法等运算。需要注意的是，CLA的舍入方式与CPU不同，主要体现在当数值接近于0时的计算可能会舍入方式不同，因此，一方面可以照着网上的设置让MSTF寄存器中的RND32位置1，改变其舍入方式，另一方面可以将运算分步进行，即分成几项相加。
在CLA的程序执行时，由于浮点数带来的数据处理精度的提升以及数据范围的扩大，需要同时考虑原有采样噪声也更容易产生影响，因此，采样窗口、滤波器等参数可能需要为此而重新考虑。
应当尽量避免程序有大量的判断、跳转语句。因为CLA采用8级流水线结构，数据的计算能力非常强大，但是在判断和跳转语句中会造成后续的流水线失败，因此，大量的判断和跳转操作最好放在CPU中进行。
此外，CLA虽然能够访问一部分外设，但是其定位毕竟是数据处理的核心，因此，应当避免让CLA访问复杂的外设，这也是为了让它与CPU合理分工。
CLA没有自己的内存资源，因此必须从CPU中划分出对应的内存区域供CLA的程序和数据使用。
CLA0和CLA1不支持断点调试，所以，只能在程序中加入MDEBUGSTOP使CLA暂停。使用MDEBUGSTOP有几点应该注意：在未连接CLA时，MDEBUGSTOP仅作为空操作指令使用，不影响程序的运行。进入单步运行后，即是遇到MSTOP指令，（有时）CLA的中断标志也不会清除，只有点 “ GO ”才可以自动清除，中断标志消除后才不影响下次中断。因此，在MSTOP指令前加几句MNOP指令，以留给 “ GO ”。而CLA2则可以直接断点调试。

CLA的c语言编程

根据发展路线图，CLA在CGT6.1时已经支持c语言编程。早期版本完全不支持对GCC的语言扩展，目前在最新版编译器已经大部分支持。目前CCS5中已经可以对CLA用c语言编程，但是越新的版本对c语言支持的越好，建议使用最新版本CCS编程CLA程序。

CLA编译器的函数支持

我最初使用的CCS是5.4，那里面的CLA编译器，只支持2层函数调用且不支持函数的递归调用和函数指针等，而CCS8的编译器中，函数嵌套的限制已经解除，支持多个嵌套的函数调用级别，还支持调用两个以上形参的函数。
  CLA 编译器以下支持intrinsic函数，熟悉c语言的人可以利用这些函数提高程序效率。

CLA的数据类型的支持

需要注意CLAZ中的char,short 是 16 位的，而int, long, long long 为32 位；然而CPU中，int是16位的，为了避免出现问，应当使用int32, uint16 以免CLA与CPU数据交换时出现问题。
CLA的浮点数，如float, double, long double是32 位。
CLA的指针是16位的，在CPU中，这个是32位的。CLA 的体系结构是支持32位的整数类型，16位的整数会引入符号扩展。16位的整数应该只用来读取数据。
CLA编译器不支持对全局变量的定义和初始化，全局变量的定义和初始化只能在C2800上做，‘static’变量也一样，不支持64位的数据类型，64位的数据类型只在存储器中占两个连续的32位空间，局部变量被放在暂存器里。暂存器空间可由下面2个地址来在linker command文件中来定义。暂存器可看作是CLA的系统堆栈

暂存器的大小设置

可以在CMD文件中定义，亦可以用命令行方式，当然最简单的是在CCS的工程设置中定义（图中的是CCS5.4)

CLA中的存储分配

没有初始化的全局变量被放在.bss_cla‖段，初始化的常数被放在―.const_cla‖段，局部变量和编译器生成的变量放在.CLAscratch段
–由用户负责定义它的大小，CLA程序编译器生成的代码被放在ClaProg段，这与汇编器当前的约定是一致的。由于CLA没有系统堆， 不支持malloc()函数。
、

CLA STL库

根据spraci3，CLA有一个 STL库（不是C++的STL），这一个的作用是对CLA的运行进行自检。CLA STL的目的是监控CLA电路的退化(或永久性直流随机HW缺陷，可能导致电路故障)，并向C28x CPU提供发生故障的指示，以便C28x能够采取适当的行动。

CLA外设读取权限

了解这一点挺重要的，因为28035的CLA不能操作GPIO寄存器，这样就不能通过反转IO来计算程序时间了，而28379的就可以。CLA应该有type0、type1、type2三种。

28035 CLA Type0

根据TI官网的28035数据手册，CLA Type0的内存和共用外设为
– 两个专用消息RAM 用于CLA 和主CPU 间的通信。
– C28x CPU 能够将CLA 程序和数据内存映射到主CPU 空间或者CLA 空间。
– CLA 可直接访问ADC 结果寄存器、比较器寄存器、和ePWM+HRPWM 寄存器

280379 CLA Type1

根据28379的数据手册，Type1 的外设获取权限

280049 CLA Type2

这边的CLA主要特点是能够设置断点调试了，当然，它能操作的外设也比28035的丰富。

总结

相比高性能的Delfino C2000 系列，Piccolo系列DSP正是凭借高性价比而被使用的。用好CLA，才能发挥出这一系列像28035这样芯片的性能。