一TCM是什么？

隨著單片機(jī)（MCU）在各種應(yīng)用中的使用越來(lái)越廣泛，對(duì)其性能和響應(yīng)速度的要求也越來(lái)越高。為了滿足這種需求，MCU的主時(shí)鐘頻率往往會(huì)不斷提高，以提升系統(tǒng)的處理能力和性能。然而，隨著主時(shí)鐘頻率的增加，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器（如閃存、RAM）所需的訪問(wèn)時(shí)間也要求相應(yīng)減少，這可能會(huì)成為系統(tǒng)性能的瓶頸之一。在這種情況下，使用TCM（Tightly-Coupled Memory）成為了一種解決方案。

Tightly Coupled Memory（TCM）緊耦合內(nèi)存是通過(guò)專用的接口直接連接到處理器的存儲(chǔ)器區(qū)域，它提供單周期訪問(wèn)，避免其他存儲(chǔ)器可能存在的仲裁延時(shí)和延遲。

RA8x1 Cortex-M85內(nèi)核有2種TCM類型：Instruction TCM (ITCM) 指令TCM和Data TCM (DTCM) 數(shù)據(jù)TCM。

RA8x1有64KB ITCM和64KB DTCM。

ECC保護(hù)（代碼生成和糾正邏輯）。

RA8x1支持ITCM和DTCM ECC功能，可以通過(guò)OFS2.INITECCEN設(shè)置來(lái)啟用和禁用。

RA8x1 CPU方框圖

TCM具有以下優(yōu)點(diǎn)：

低延遲訪問(wèn)：TCM與處理器核心之間的直接連接消除了訪問(wèn)延遲，使得數(shù)據(jù)和指令能夠更快速地被處理器訪問(wèn)，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

高帶寬：TCM通常具有更高的帶寬，可以支持處理器對(duì)數(shù)據(jù)和指令的高速讀寫(xiě)，提升了系統(tǒng)的整體性能。

節(jié)省功耗：由于TCM與處理器核心直接連接，不需要通過(guò)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此可以降低功耗。此外，由于訪問(wèn)延遲較低，處理器可以更快地完成任務(wù)并進(jìn)入休眠模式，進(jìn)一步降低功耗。

提高實(shí)時(shí)性能：對(duì)于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用程序，TCM的低延遲和高帶寬特性使得處理器能夠更快地訪問(wèn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和指令，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。

增強(qiáng)安全性：TCM可以用于存儲(chǔ)敏感數(shù)據(jù)和關(guān)鍵代碼，通過(guò)與處理器核心的緊密耦合，可以降低數(shù)據(jù)泄露和惡意攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的安全性。

減少對(duì)外部存儲(chǔ)器的依賴：TCM可以用于存儲(chǔ)頻繁訪問(wèn)的數(shù)據(jù)和指令，減少了對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)次數(shù)，降低了總體的訪問(wèn)延遲和功耗。這對(duì)于一些資源有限的嵌入式系統(tǒng)尤為重要。

增強(qiáng)可靠性：TCM的直接連接和高速訪問(wèn)特性可以提高系統(tǒng)的可靠性，減少因外部存儲(chǔ)器或總線故障而導(dǎo)致的系統(tǒng)性能下降或故障。

因此，TCM適用于許多不同的應(yīng)用和場(chǎng)景，特別是對(duì)于需要高性能、低延遲和實(shí)時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)更加突出。以下是一些適合使用TCM的應(yīng)用和場(chǎng)景：

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：對(duì)于需要快速響應(yīng)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，如工業(yè)機(jī)器人、航空航天控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備等，TCM可以提供所需的低延遲和高帶寬，確保系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)各種控制指令。

信號(hào)處理應(yīng)用：TCM對(duì)于需要大量數(shù)據(jù)處理和信號(hào)處理的應(yīng)用非常適用，例如無(wú)線通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)等。通過(guò)將頻繁訪問(wèn)的數(shù)據(jù)和指令存儲(chǔ)在TCM中，可以提高系統(tǒng)的處理速度和效率。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，對(duì)于需要在資源有限的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)高性能和實(shí)時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用，TCM可以幫助提高系統(tǒng)的性能和能效，同時(shí)減少對(duì)外部存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的依賴。

高性能計(jì)算：在需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的高性能計(jì)算應(yīng)用中，TCM可以提供更快速和可靠的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，從而提高系統(tǒng)的計(jì)算性能和吞吐量。

二RA8x1系列MCU如何將通過(guò)FSP將代碼/數(shù)據(jù)放置到TCM中？

瑞薩電子靈活配置軟件包（FSP）是用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高質(zhì)量增強(qiáng)型軟件包，支持瑞薩電子RA產(chǎn)品家族ARM微控制器，提供用戶友好的界面且可靈活擴(kuò)展，確保從入門級(jí)到高性能的整個(gè)RA微控制器的軟件兼容性。FSP包括高性能、低內(nèi)存占用的業(yè)界一流的HAL驅(qū)動(dòng)程序。還包含集成了Azure RTOS和FreeRTOS的中間件協(xié)議棧，能夠簡(jiǎn)化通信和安全等復(fù)雜模塊的實(shí)現(xiàn)。e2 studio IDE提供了對(duì)圖形化配置工具和智能代碼生成器的支持，從而使編程和調(diào)試變得更加輕松快捷。

瑞薩FSP鏈接腳本提供TCM內(nèi)存區(qū)域段定義

memory_region.ld中的內(nèi)存大小定義：

點(diǎn)擊可查看大圖

內(nèi)存區(qū)域定義：

點(diǎn)擊可查看大圖

如下原型定義可用于將用戶代碼/數(shù)據(jù)放置到TCM中。在啟動(dòng)過(guò)程中，.itcm_data和.dtcm_data區(qū)域?qū)⑼ㄟ^(guò)閃存中存儲(chǔ)的初始化代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化。.dtcm_bss區(qū)域已初始化為零。

點(diǎn)擊可查看大圖

FSP中的ITCM段定義：

點(diǎn)擊可查看大圖

FSP中的DTCM段定義：

點(diǎn)擊可查看大圖

三TCM例子分析

下圖是一個(gè)RA8x1 MCU實(shí)際使用TCM的例子，它使用了ITCM和DTCM。圖片中的右邊為RA8x1 MCU的系統(tǒng)地址空間。

點(diǎn)擊可查看大圖

具體分析過(guò)程為：

1紫色的代碼“uint16_t i;”全局變量，它運(yùn)行的時(shí)候，分配的地址是在從0x2200_0000開(kāi)始的On-chip SRAM中。

2紅色的代碼“BSP_PLACE_IN_SECTION(“.dtcm_data”)uint8x16_t rega_8, regb_8, regc_8, regd_8;”，全局變量，但是由于這些變量前面添加了BSP_PLACE_IN_SECTION(“.dtcm_data”)，這表示將這些變量放置到DTCM中，它運(yùn)行的時(shí)候，分配的地址是在從0x2000_0000開(kāi)始的DTCM中。

3青色的代碼“void hal_entry(void)”，它是函數(shù)，運(yùn)行的時(shí)候，分配的地址是在從0x0200_0000開(kāi)始的On-chip flash中。

4深綠色的代碼“void helium_test(void)”，它是函數(shù)，但是由于這些變量前面添加了BSP_PLACE_IN_SECTION(“.itcm_data”)，這意味著，該代碼運(yùn)行的時(shí)候，分配的地址是從0x0000_0000開(kāi)始的ITCM中。

下圖是上面描述的代碼在e2 studio中使用了LLVM工具鏈編譯并仿真運(yùn)行的截圖，可以發(fā)現(xiàn)右邊表達(dá)式窗口中的i，rega_8, regb_8, regc_8, regd_8，helium_test，hal_entry這些代碼或者變量的地址和剛剛分析的結(jié)果是相符的。

點(diǎn)擊可查看大圖

需要技術(shù)支持？

如您在使用瑞薩MCU/MPU產(chǎn)品中有任何問(wèn)題，進(jìn)入瑞薩技術(shù)論壇尋找答案或獲取在線技術(shù)支持。