工业和汽车领域中，马达驱动与数字电源变换是常见的实时控制系统，它们需要处理器拥有极高的实时响应能力、强大的运算能力和优质的ADC与PWM性能。而随着AI逐步渗透到工业和汽车领域，智能化变革推动着高性能微控制器（MCU）需求的日益增加。
在电子化的实时控制领域，处理器（MCU或DSP）扮演着系统智慧大脑的角色，Sensing部分如同感官，执行机构类似肌肉，而通信模块——不论是EtherCAT、以太网、CAN还是串行通信——则都是系统的血脉。
工业和汽车领域中，马达驱动与数字电源变换是常见的实时控制系统，它们需要处理器拥有极高的实时响应能力、强大的运算能力和优质的ADC与PWM性能。而随着AI逐步渗透到工业和汽车领域，智能化变革推动着高性能微控制器（MCU）需求的日益增加。
与此同时，工程师则面临着如何运用高级别的实时控制MCU，打造一套既精密又安全，同时性价比极高的控制系统的挑战。
而TI(德州仪器)的C2000系列产品，凭借其丰富的应用经验，在电源变换、太阳能、逆变系统、伺服驱动、交流电机驱动、直流无刷电机驱动，以及汽车变换与牵引逆变器等领域，均展现出了卓越的性能。
日前，TI更是进一步推出了TMS320F28P55x和TMS320F29H85x系列C2000 MCU在边缘AI加速和实时控制领域开创了新的可能，同时进一步保障功能安全和信息安全。
业内率先推出的具有集成神经处理单元的实时MCU
自1994年发布首款TMS320C10处理器以来，C2000 DSP系列已经经历了30年的发展，成为业界少数几个性能卓越的单片DSP解决方案之一。从最初的16位处理能力，发展到现在的64位处理能力，C2000系列持续进化，引入了浮点运算单元、数学协处理器、三角函数处理器、向量运算加速器等高级功能，并对PWM和ADC等外围设备进行了持续优化。2023年推出的280015X型号特别采用了Lock Step CPU架构，通过双CPU锁步运行，增强了设备的功能安全性。
而最新推出的F28P55X型号集成了NPU，能够执行AI卷积运算，性能比传统CPU提升了5到10倍。
据德州仪器中国区技术支持总监师英介绍，TMS320F28P55x芯片，是TI首次在C2000系列中引入NPU（即神经网络处理单元），这是一个专门设计的AI加速器，也被称为神经网络推论加速引擎，它能够独立执行AI计算中常见的各种算子，特别是在神经网络推论过程中至关重要的卷积运算。
师英：“尽管传统的CPU也能进行这类运算，但效率远不及NPU，通过集成这个神经网络加速单元，F28P55X在处理卷积运算时的性能相比仅使用C2000系列CPU的情况提升了5到10倍，极大地提高了效率和响应速度。”
简单来说，由于集成了NPU，TMS320F28P55x系列在设备本地实现快速数据处理和实时故障检测，减少了数据传输的延迟和带宽压力，极大提升了反应速度和处理精度。这一技术尤其适用于工业设备的故障诊断和预维护，其故障检测准确率可达到99%。同时，能够有效识别设备运行中的潜在问题并及时发出预警，帮助企业降低维修成本、减少停机时间。
实时控制系统中支持边缘 AI 的故障监测解决方案
此外，F28P55X系列产品的特性参数颇为亮眼，其内置的Flash memory最高可达1.1MB。F28P55X提供了24个高精度PWM通道以及最多39个ADC通道。
以具体的场景为例，在传统的电弧故障检测方案中，需要额外的MCU来处理直流母线电压与电流的采样，并依据预设的阈值进行电弧判断，这种方法的准确率通常只有85%左右，存在漏报和误报的风险。而F28P55X MCU通过其NPU，能够实现99%的高检测准确率，这一成果得益于TI Edge AI Tools的深度训练，该工具能够基于大量电弧数据构建精准的卷积神经网络（CNN）模型，并轻松部署至F28P55X的NPU上。
F28P55X MCU的这一创新解决方案，使得原有的DC/DC转换器、逆变器以及MPPT系统可以继续沿用C2000系列的核心技术，保持原始的实时控制拓扑结构与硬件配置不变，尤其在软件算法层面无需做出调整。这样的设计不仅简化了系统，还减少了对额外MCU的需求，从而有效降低了成本和系统尺寸。
据介绍，尽管F28P55X才正式发布，但TI的客户已将其投入实际应用。
例如，SOLAX已成功开发出基于F28P55X的电弧检测模块。该模块单次电弧判断时间可缩短至5毫秒，且在检测到电弧后的0.2秒内即可迅速自动切断电路，其误报率近乎为零，该模块的核心正是TMS320F28P55x芯片。
SolaX Power 董事长兼总经理李新富表示：“我们采用 TI 的边缘 AI 技术来提高各种太阳能装置的电弧故障 检测准确性。传统的电弧故障检测方法在适应性和灵敏度方面受到限制，会导致误报或漏报实际电弧故障事件，从而对生产力、维护成本和操作员安全产生负面影响。借助 TI支持 边缘AI的 MCU，我们可以在本地训练和执行神经网络算法来识别模式并检测异常，从而提高我们运营的安全性和可靠性。”
师英强调：“F28P55X并非单一器件，而是一个涵盖多种配置的系列。德州仪器已经推出不同内存规格、汽车级认证以及功能安全等级的组合。预计该系列将陆续推出多达40余款型号，以满足市场的多样化需求。”
基于TI新一代C2000内核构建的突破性产品
另一款突破性产品则是TMS320F29H85x，师英表示F29H85x系列搭载了新型C29内核，是C2000系列实时微控制器家族的一次重大迭代升级，标志着C2000系列CPU从32位处理位宽跃升至64位，并采用了超长指令级架构，能够在单个指令周期内并行完成最多8条指令，这一并行运算能力是DSP架构相较于通用CPU的显著优势之一。
通常，在单个 MCU 中执行多个应用需要每个功能具有专用的内核。例如，一个内核专用于 OBC，另一个内核专用于高压和低压直流/直流转换器。通过使用 F29H85x 系列 MCU，设计人员可以通过锁步方式分配该 MCU 三个内核中的两个来处理主机 MCU 所需的关键功能，例如 AUTOSAR 和 ASIL-D 完整性等级下的重要功能安全和信息安全任务，而剩余的一个内核则负责处理系统的控制功能。
此外，为了实现更高的电源效率和功率密度，设计人员可以利用宽带隙半导体（SiC 和 GaN）和 F29H85x 系列 MCU 来 提高功率电子器件的开关和控制环路频率。增加控制环路频率可以提高电源转换的系统电源效率和功率密度，同 时允许使用电容器和电感器等更小的无源器件，从而进一步减少占用的布板空间。
F29H85x系列不仅在CPU性能上实现了显著提升，还在安全领域实现了重大突破。该系列产品在功能安全方面可达到汽车领域ISO26262标准的ASIL-D级别，以及工业领域的IEC61508的SIL-3级别，均为各自领域的最高安全标准。信息安全方面，F29H85x系列引入了行业内广泛应用的硬件安全模块（HSM），满足全球不同地区对信息安全的严格要求。
为确保CPU内部的功能安全与信息安全，F29H85x系列在架构中设计了多重隔离机制，类似于防火墙的功能，并加入了功能安全与信息安全单元（SSU），有效隔离应用程序代码、应用数据、保密内容以及普通内容，全面满足功能安全与信息安全的要求。
F29H85x系列的推出，进一步强化了C2000系列在实时控制领域的领导地位。与C28相比，C29在信号链性能上可实现2至3倍的提升，对于马达驱动的数学运算与实时运算而言，性能提升了2倍；在电源变换方面，性能提升了约3倍。特别是在FFT运算方面，C29的运算速度相较于C28快出了5倍。
此外，F29H85x系列的中断响应速度也提升了4倍，这对于实时控制系统性能的本质性提升至关重要。通用代码性能，主要指的是memory copy、数据搬移以及通讯等方面的性能，F29H85x系列在这些方面也得到了显著改善。
得益于CPU性能的提升，F29H85x系列可广泛应用于汽车的OBC（车载充电机）、DC/DC转换器以及主机MCU的集成式架构中，同样适用于多电机的牵引逆变器以及助力转向系统。此外，F29H85x系列不仅可用于光伏逆变器，还能支持最新的电源结构、在线UPS以及机器人领域。
德州仪器为F29H85x系列提供了强大的生态系统支持，包括参考设计、硬件和软件的设计源文件、软件和工具的支持。特别是从F28迁移到F29的过程中，提供了专门的迁移工具，帮助客户快速将基于F28的设计系统迁移到F29上。同时，F29H85x系列也对FreeRTOS提供了天然的支持。
在功能安全方面，F29整个系列产品以及F28P55X的部分汽车级产品都获得了ISO26262的功能安全认证。开发工具也经过了全面的准备，包括诊断库和安全的开发工具等。在建模和仿真方面，支持ETAS和MathWorks的建模仿真工具。此外，还提供了各种不同配置的开发板以及免费的CCS和SysConfig可视化配置工具。在AUTOSAR方面，支持VECTOR、ETAS等国际知名供应商，并正在积极与国内的AUTOSAR供应商同步开发，以支持国内版本的AUTOSAR。
信息安全方面，特别是在汽车领域，F29H85x系列采用了来自VECTOR的HSM库，并正在积极与国内的信息安全合作伙伴展开合作，例如伊世智能等合作伙伴将支持HSM开发，为客户提供符合国内商业秘密标准的加密库。
目前，TMS320F29H85x和TMS320F28P55x这两款MCU已经对外出售。
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