什么是并行多线程实时处理器？MC3172开发环境开发实践
板子上的mcu是个很有意思的东西——并行多线程处理器mc3172 。
通俗地说，这颗mcu的内部实现了类似rtos多线程的功能。但是mc3172 编程与rtos编程的最大区别就是：
mc3172多线程绝对并行运行，没有切换抖动及开销。
mc3172无线程优先级、优先级反转、死锁等概念。
mc3172所有中断都可以安排专门线程处理，没有中断嵌套和延迟。
mc3172各线程同步并行运行，互不阻塞，互不干扰。
mc3172线程响应的确定性相对于rtos更为精确。
mc3172简介
mc3172 是厦门感芯科技的一款32 位 risc并行多线程实时处理器。基于risc-v rv32imc 指令集， 100%单周期指令， 最高200mhz主频， 3.37coremark/mhz。可以代替实时操作系统， 实现程序的模块化与复用性。
mc3172 特性：
mc3172实践
mc3172的开发环境使用的是国产软件——mounriver studio。
我们简单看一下mc3172的demo工程：
1、mc3172文件夹
mc3172存放mc3172编程核心文件。
线程配置工具可对各线程进行配置：
可以配置线程时钟源、频率、栈空间、存储器分配等信息。
mc3172支持64路线程同步并行运行， 其中分为4个线程组，每个线程组16线程，每个线程组里的线程编号如上图所示。其中，不使用的线程可以设置为空闲线程，空闲线程完全不运行，不产生功耗。
每个线程都有自己独立的栈空间 ，在数据空间允许范围内可随意分配，但需要确保所有非空闲线程所占的数据空间不超过数据空间的大小。
mc3172.h存放外设地址相关宏定义及其配置宏，如：
类似于st的stm32fxxx.h。
thread_config.h为线程配置文件，由线程配置工具生成：
mc3172.lds为链接脚本，由线程配置工具生成
thread_start.c为启动线程相关的源文件：
#ifndef thread_start_c#define thread_start_c#include ./mc3172.h#include ./thread_config.hvoid thread1_initial(void){#ifdef rothd_thread1_validextern void thread1_main(void); rothd_set_sp_const(rothd_thread1_stackcfg_value|0x20000000); thread1_main();#endif}void thread2_initial(void){#ifdef rothd_thread2_validextern void thread2_main(void); rothd_set_sp_const(rothd_thread2_stackcfg_value|0x20000000); thread2_main();#endif}// 省略部分代码......void (*thread_initial_pointer[64]) (void)={ &thread0_initial, &thread1_initial, &thread2_initial// 省略部分代码......}void thread_start(void){ (*thread_initial_pointer[thread_id])();}
程序运行的入口函数为：thread_start ，从链接脚本里可以知道：
thread_start里的thread_id为线程id值，直接从0x50000000地址中读出：
#define thread_id (*(volatile u8*)(0x50000000))
猜测：0x50000000地址里的id值会不断变化，通过某种机制跳转，遍历执行thread_initial_pointer函数指针数组里的各个线程函数。
threadx_initial里初始化线程栈，并执行线程主体，如
void thread_end(void){ while(1);}void thread1_main(void){ while(1){ //user code section } thread_end();}
这是用户代码，我们可以在各个线程主体函数里边编写我们的应用代码。
2、release文件夹
release文件夹里存放的是编译生成的固件程序，通过 开发板程序下载工具 可进行下载：
3、user_code文件夹
user_code文件夹存放用户代码：
mc3172 是一颗并行并行多线程实时处理器，我们下面来看看其多线程并行执行的特性。
我们编写两个线程，线程进行相同的配置，两个线程分别对两个io进行翻转，测试代码如：
void led0_gpioa_pin0_test(void){ // 启动gpioa并设置特权组及时钟频率 intdev_set_clk_rst(gpioa_base_addr,(intdev_run|intdev_is_group0|intdev_clk_is_coreclk_div2)); // 使能gpioa pin0引脚 gpio_set_output_en_value(gpioa_base_addr, gpio_pin0, gpio_set_enable); while(1) { // gpioa pin0输出1 gpio_set_output_pin_to_1(gpioa_base_addr, gpio_pin0); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } // gpioa pin0输出0 gpio_set_output_pin_to_0(gpioa_base_addr, gpio_pin0); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } }}void led1_gpioa_pin1_test(void){ // 启动gpioa并设置特权组及时钟频率 intdev_set_clk_rst(gpioa_base_addr,(intdev_run|intdev_is_group0|intdev_clk_is_coreclk_div2)); // 使能gpioa pin1引脚 gpio_set_output_en_value(gpioa_base_addr, gpio_pin1, gpio_set_enable); while(1) { // gpioa pin1输出1 gpio_set_output_pin_to_1(gpioa_base_addr, gpio_pin1); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } // gpioa pin1输出0 gpio_set_output_pin_to_0(gpioa_base_addr, gpio_pin1); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } }}////////////////////////////////////////////////////////////void thread_end(void){ while(1);}////////////////////////////////////////////////////////////void thread0_main(void){ while(1){ //user code section } thread_end();}////////////////////////////////////////////////////////////void thread1_main(void){ while(1){ //user code section led0_gpioa_pin0_test(); } thread_end();}////////////////////////////////////////////////////////////void thread2_main(void){ while(1){ //user code section led1_gpioa_pin1_test(); } thread_end();}
烧录程序，使用逻辑分析仪抓取gpioa_pin0及gpioa_pin1引脚电平变化如：
可见，这两个波形是完全同步的，cpu同时在干两件事情，实现了与rtos多线程同样的效果。
心得与总结
嵌入式开发，是软件+硬件结合，两者互补。如果硬件功能很强大，则软件可能可以设计得比较简单；如果硬件功能有限，则软件方面可能得考虑比较多的方面。
比如：
一些软件算法，需要多传感器数据输入进行融合，则功能实现可能比较简单，但实际可能为了降成本，减少一些传感器，这时候需要实现稳定可靠的功能，则软件算法上得下更大的功夫。
对于一些不太复杂的数字信号处理，在通用的mcu上就可以处理，但对于一些比较复杂的数字信号处理，则可能使用一些带有dsp处理器的mcu。
特别的，对于芯片内部ic电路来说，如果内部有相关模块可以实现某些功能的话，则对应的软件编程会简单很多，而且硬件实现的比软件实现的效率要高。
硬件实现的多线程编程确实优于rtos编程，但实际开发中产品软硬件架构需要考虑多个方面，比如芯片的稳定性以及软件生态等方面。
并行多线程实时处理器是个好东西，但目前并行多线程实时处理器还处于起步阶段，还有很多东西需要完善，需要我们多支持与传播，只有生态起来了，将来我们才有机会用得上。
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mc3172 是厦门感芯科技的一款32 位 risc并行多线程实时处理器。基于risc-v rv32imc 指令集， 100%单周期指令， 最高200mhz主频， 3.37coremark/mhz。可以代替实时操作系统， 实现程序的模块化与复用性。
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可以配置线程时钟源、频率、栈空间、存储器分配等信息。
mc3172支持64路线程同步并行运行， 其中分为4个线程组，每个线程组16线程，每个线程组里的线程编号如上图所示。其中，不使用的线程可以设置为空闲线程，空闲线程完全不运行，不产生功耗。
每个线程都有自己独立的栈空间 ，在数据空间允许范围内可随意分配，但需要确保所有非空闲线程所占的数据空间不超过数据空间的大小。
mc3172.h存放外设地址相关宏定义及其配置宏，如：
类似于st的stm32fxxx.h。
thread_config.h为线程配置文件，由线程配置工具生成：
mc3172.lds为链接脚本，由线程配置工具生成
thread_start.c为启动线程相关的源文件：
#ifndef thread_start_c#define thread_start_c#include ./mc3172.h#include ./thread_config.hvoid thread1_initial(void){#ifdef rothd_thread1_validextern void thread1_main(void); rothd_set_sp_const(rothd_thread1_stackcfg_value|0x20000000); thread1_main();#endif}void thread2_initial(void){#ifdef rothd_thread2_validextern void thread2_main(void); rothd_set_sp_const(rothd_thread2_stackcfg_value|0x20000000); thread2_main();#endif}// 省略部分代码......void (*thread_initial_pointer[64]) (void)={ &thread0_initial, &thread1_initial, &thread2_initial// 省略部分代码......}void thread_start(void){ (*thread_initial_pointer[thread_id])();}
程序运行的入口函数为：thread_start ，从链接脚本里可以知道：
thread_start里的thread_id为线程id值，直接从0x50000000地址中读出：
#define thread_id (*(volatile u8*)(0x50000000))
猜测：0x50000000地址里的id值会不断变化，通过某种机制跳转，遍历执行thread_initial_pointer函数指针数组里的各个线程函数。
threadx_initial里初始化线程栈，并执行线程主体，如
void thread_end(void){ while(1);}void thread1_main(void){ while(1){ //user code section } thread_end();}
这是用户代码，我们可以在各个线程主体函数里边编写我们的应用代码。
2、release文件夹
release文件夹里存放的是编译生成的固件程序，通过 开发板程序下载工具 可进行下载：
3、user_code文件夹
user_code文件夹存放用户代码：
mc3172 是一颗并行并行多线程实时处理器，我们下面来看看其多线程并行执行的特性。
我们编写两个线程，线程进行相同的配置，两个线程分别对两个io进行翻转，测试代码如：
void led0_gpioa_pin0_test(void){ // 启动gpioa并设置特权组及时钟频率 intdev_set_clk_rst(gpioa_base_addr,(intdev_run|intdev_is_group0|intdev_clk_is_coreclk_div2)); // 使能gpioa pin0引脚 gpio_set_output_en_value(gpioa_base_addr, gpio_pin0, gpio_set_enable); while(1) { // gpioa pin0输出1 gpio_set_output_pin_to_1(gpioa_base_addr, gpio_pin0); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } // gpioa pin0输出0 gpio_set_output_pin_to_0(gpioa_base_addr, gpio_pin0); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } }}void led1_gpioa_pin1_test(void){ // 启动gpioa并设置特权组及时钟频率 intdev_set_clk_rst(gpioa_base_addr,(intdev_run|intdev_is_group0|intdev_clk_is_coreclk_div2)); // 使能gpioa pin1引脚 gpio_set_output_en_value(gpioa_base_addr, gpio_pin1, gpio_set_enable); while(1) { // gpioa pin1输出1 gpio_set_output_pin_to_1(gpioa_base_addr, gpio_pin1); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } // gpioa pin1输出0 gpio_set_output_pin_to_0(gpioa_base_addr, gpio_pin1); // 延时 for (u32 var = 0; var < 5000; ++var) { nop(); } }}////////////////////////////////////////////////////////////void thread_end(void){ while(1);}////////////////////////////////////////////////////////////void thread0_main(void){ while(1){ //user code section } thread_end();}////////////////////////////////////////////////////////////void thread1_main(void){ while(1){ //user code section led0_gpioa_pin0_test(); } thread_end();}////////////////////////////////////////////////////////////void thread2_main(void){ while(1){ //user code section led1_gpioa_pin1_test(); } thread_end();}
烧录程序，使用逻辑分析仪抓取gpioa_pin0及gpioa_pin1引脚电平变化如：
可见，这两个波形是完全同步的，cpu同时在干两件事情，实现了与rtos多线程同样的效果。
心得与总结
嵌入式开发，是软件+硬件结合，两者互补。如果硬件功能很强大，则软件可能可以设计得比较简单；如果硬件功能有限，则软件方面可能得考虑比较多的方面。
比如：
一些软件算法，需要多传感器数据输入进行融合，则功能实现可能比较简单，但实际可能为了降成本，减少一些传感器，这时候需要实现稳定可靠的功能，则软件算法上得下更大的功夫。
对于一些不太复杂的数字信号处理，在通用的mcu上就可以处理，但对于一些比较复杂的数字信号处理，则可能使用一些带有dsp处理器的mcu。
特别的，对于芯片内部ic电路来说，如果内部有相关模块可以实现某些功能的话，则对应的软件编程会简单很多，而且硬件实现的比软件实现的效率要高。
硬件实现的多线程编程确实优于rtos编程，但实际开发中产品软硬件架构需要考虑多个方面，比如芯片的稳定性以及软件生态等方面。
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