技术 | 瑞萨RA8T2 MCU显著提升电机控制系统实时性

电子电机控制核心要素是什么？

这个问题很难用一个答案概括，因为电机控制系统由许多不同的元件组成，如果缺少其中任何一个环节，就无法按照指令控制电机。另一方面，实时性是电机控制系统的关键因素之一，因为它可以确保精度、提高效率和防止故障。阅读此博客，聚焦MCU，了解更多实时性的相关信息。

在我们讨论实时性能之前，需要了解电子控制电机是通过MCU/MPU等控制器构建的。这些嵌入式处理器具有以CPU和内存为中心的架构，并执行指令和处理数据。在电机控制中，MCU常用于风扇、泵等负载波动小、转速波动不大的应用，而MPU则用于控制大型电机、需要高速控制转速和扭矩的工业设备中的交流驱动器和交流伺服等应用。

MCU和MPU之间的主要区别

实时性是在设定的时间内完成一个特定的控制任务。换句话说，重要的是处理时间波动很小，并且总是在设定的时间完成处理任务。如果无法保证实时性，不仅电机无法按照指令值运行，最坏的情况下，电机可能会失控，导致事故发生。

使用传统MCU，CPU和内置内存频率彼此接近，因此可以估计最坏环境下的处理时间，并且很容易保证实时性能。另一方面，MPU具有更短的控制周期以提高控制精度和更快的CPU，但当程序从比CPU慢的外部闪存执行时，内存速度成为瓶颈，无法达到理论性能水平。因此，作为常规对策，启动时将程序放置在内置的高速SRAM或TCM中，以实现高速运行。另一方面，将所有程序都放在SRAM或TCM中，在存储容量方面很困难，因此如何利用有限的内置内存来确保实时性能，对于基于MPU的电机控制系统的软件开发人员来说，始终是一个挑战。

针对这一挑战，瑞萨电子开发的RA8T2结合了MCU和MPU的优势，为实现高实时控制系统带来了突破性解决方案。性能方面，它配备了Arm® Cortex®-M85 1GHz，并且与MPU一样，内置了高速缓存、TCM和SRAM，但它与MPU的显著不同在于，它为MCU的程序运行配备了MRAM（磁阻随机存取存储器）。该MRAM的工作频率为100MHz，比SRAM或TCM慢，但与外部闪存相比，其性能有显著提高，更容易像传统MCU那样确保实时性能。

电机控制系统仍然存在挑战。在高端电机控制设备中，根据应用，将系统控制以及与其他设备通信等其他任务添加到电机控制中。换句话说，电机控制的实时处理和其他非实时处理必须并行执行。解决这个问题的一个有效方法是使用多核系统，该系统主要用于MPU。

除了Cortex-M85之外，RA8T2还提供了可选的Cortex-M33内核，允许用户构建双核系统。例如，让我们考虑将电机控制处理放置在Cortex-M85侧的情况（图1）。Cortex-M33侧分配给系统控制，其最大工作频率为250MHz，足以满足一般系统控制。通过这种配置，可以将电机控制与系统控制分离，这是一个非实时过程，实现完全并行处理。这不仅在电机控制侧实现了高实时性，而且提高了系统控制侧的响应和系统性能。