【技术分享】带你认识什么是PRU
pru，作为ti sitara系列处理的一个特色功能，那pru具体有什么特性？能帮助我们解决什么问题？
pru家族介绍
pru全称是the programmable real-time unit subsystem，也叫pruss。中文名为可编程实时单元，它是一个32位risc处理器核心，与io子系统进行了紧密集成，为其io引脚提供了低延迟控制，具有本地的指令和数据ram，并可寻址访问整个片上系统资源。
ti（德州仪器）针对其家族设备的不同资源分配情况，提供了三种pru子系统，分别是：pru-icss、pru-icssg、pru-ss。
pru-icss：the programmable real-time unit and industrial communication subsystem可编程的实时单元和工业通信子系统（pru-ics）由两个32bit的risc核心（pru）组成，提供了共享数据，指令存储，内部和外围功能子模块，中断控制器（intc）等功能。相关控制器有am335x、am437x、am57x、k2g。
pru-icssg：the programmable real-time unit and industrial communication subsystem – gigabit可编程的实时单元和工业通信子系统 - 千兆（pru_icssg）是pru-icss的功能加强版。除了拥有所有pru-icss功能外，还增加了两个辅助可编程实时单元（rtu）内核，两个传输pru（tx_pru）内核，提供加速器，加快数据处理和数据流动，并新增更多的外围设备。相关控制器有am64x、am65x。
pru-ss: the programmable real-time unit subsystem可编程的实时单元子系统（pru-ss）是pru-icss的删减版。功能与pru-icss类似，但不支持包括以太网（mii信号和mdio信号）在内的工业通信子系统功能。相关控制器有am62x。
pru系统描述
pru的核心是用精简指令集来编程的。每个pru可以独立运行，也可以相互协调，也可以与cpu协同工作。处理器之间的交互是由加载到pru的指令存储器中的固件的性质决定的。关于pru-icss/pru-ss的系统描述如图1 所示。
图1 pru-icss/pru-ss系统描述
pru-icssg拥有rtu，其处理核心与pru相同，但是rtu与pru有不同的资源、连接和加速器。例如，pru可以访问外部通用输入和通用输出（gpi/gpo）引脚，而rtu则不能。关于pru-icssg的系统描述如图2 所示。
图2 pru-icssg系统描述
pru的功能特性
1. 快速i/o
pru属于标量处理器，在同一时间内只处理一条数据；
采用非流水线设计，确保所有指令只能顺序执行；
本地内存映射，使用位于子系统内部的本地32位互连总线来访问本地资源，以最大限度地减少访问延迟。
2. 通用总线
pru本身也有通用总线功能，如：uart、ecap、pwm、adc等。
3. 工业协议
ti根据工业行业应用，定制并兼容了多种工业通讯协议，如：ethercat、profinet、ethernet/ip等。
4. 运行环境
支持ti rtos、ti linux sdk及code composer studio (ccs)的运行环境；
开发语言支持汇编指令及c/c++；
pru固件是一种特定格式的文件，只能在系统对pru资源进行初始化后，再把其固件加载到pru核中运行。
pru的使用场合
众所周知，soc很复杂，里面集成了不少东西。这个pru就可以理解为一个协处理器，就是主处理器arm或dsp之外的一个小东西，可以处理一些专门的任务，已达到高效快速（real-time）的目的，同时也减轻了主处理器的负担。
而且，这个pru是programmable，也就是可以给安装一个固件上去。这个固件会干些什么呢，由开发人员设计实现。在sitara系列soc里，ti提供了一些现成的固件，像实现ethercat（slave）协议的、profinet通信的等等，这些都是工业通信的。在没有pru的情况下，想要做到类似的效果，就需要在外部增加一个asic或fpga部件了。现在整在soc里的话，就可以把产品做得更小了，也更轻易达到高可靠性。更方便的是，通过内部总线，pru可以访问到soc内部的各种资源，包括许多的外设。比如用pru实现百兆网协议栈，大大扩展一个产品上的网口数量。如今，我司已经推出了m65x系列核心板，m65x系列系列核心板是zlg致远电子基于ti公司 am6526处理器 和 am6548处理器 开发的工控核心板，旨在满足工业4.0嵌入式产品的复杂处理需求。核心板使用的am6548处理器具有四个主频高达1.1ghz的cortex-a53内核和两个主频400mhz的cortex-r5f内核，m65x系列核心板可选1gb或2gb ddr3l内存以及可选ddr ecc功能，emmc存储器可选4gb或8gb。具体型号有m6526-1gf4gli-t、m6526-2gf8gli-t、m6548-1gf4gli-t、m6548-2gf8gli-t，产品图片如图3 所示。
图3 m65x系列核心板
epcm5300a-li（如图4）工控机是广州致远电子有限公司基于m6548系列核心板开发的高性能工控机，标配m6548-2gf8gli-t工控核心板。它是一台可堆叠、可扩展的工控机，分为上下两层，其中下层是工控机的核心部分，上层则是pru扩展部分。工控机既可以下层单独工作，也可以和上层扩展一起工作。
图4 epcm5300a-li
epc5300a-li主机集成了大量的外设和接口资源，正面接口包括电源接口和按键开关、led指示灯、复位按键、usb接口、sd卡接口和sim卡接口，背面接口包括can-fd接口、千兆以太网、lvds接口、rs232接口和4g天线接口。在主机内部还有预留minipcie插座接口，支持4g模块或minipci设备（如pcie转sata）；扩展pru模块epcm5300a-pru，可用于扩展千兆以太网和串口，最多可扩展6路千兆以太网和18路串口、以及rgb lcd接口和mipi-csi摄像头接口。epcm5300a-li工控机可以满足5g、大数据和人工智能场景下的工业自动化、智能交通、智慧城市等行业应用。
在未来一段时间里，我司将陆续推出更多的支持pru的核心板（如：m64x系列、m62x系列）及主板，关于pru更多的样例及特性请关注后续推文解锁。
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pru全称是the programmable real-time unit subsystem，也叫pruss。中文名为可编程实时单元，它是一个32位risc处理器核心，与io子系统进行了紧密集成，为其io引脚提供了低延迟控制，具有本地的指令和数据ram，并可寻址访问整个片上系统资源。
ti（德州仪器）针对其家族设备的不同资源分配情况，提供了三种pru子系统，分别是：pru-icss、pru-icssg、pru-ss。
pru-icss：the programmable real-time unit and industrial communication subsystem可编程的实时单元和工业通信子系统（pru-ics）由两个32bit的risc核心（pru）组成，提供了共享数据，指令存储，内部和外围功能子模块，中断控制器（intc）等功能。相关控制器有am335x、am437x、am57x、k2g。
pru-icssg：the programmable real-time unit and industrial communication subsystem – gigabit可编程的实时单元和工业通信子系统 - 千兆（pru_icssg）是pru-icss的功能加强版。除了拥有所有pru-icss功能外，还增加了两个辅助可编程实时单元（rtu）内核，两个传输pru（tx_pru）内核，提供加速器，加快数据处理和数据流动，并新增更多的外围设备。相关控制器有am64x、am65x。
pru-ss: the programmable real-time unit subsystem可编程的实时单元子系统（pru-ss）是pru-icss的删减版。功能与pru-icss类似，但不支持包括以太网（mii信号和mdio信号）在内的工业通信子系统功能。相关控制器有am62x。
pru系统描述
pru的核心是用精简指令集来编程的。每个pru可以独立运行，也可以相互协调，也可以与cpu协同工作。处理器之间的交互是由加载到pru的指令存储器中的固件的性质决定的。关于pru-icss/pru-ss的系统描述如图1 所示。
图1 pru-icss/pru-ss系统描述
pru-icssg拥有rtu，其处理核心与pru相同，但是rtu与pru有不同的资源、连接和加速器。例如，pru可以访问外部通用输入和通用输出（gpi/gpo）引脚，而rtu则不能。关于pru-icssg的系统描述如图2 所示。
图2 pru-icssg系统描述
pru的功能特性
1. 快速i/o
pru属于标量处理器，在同一时间内只处理一条数据；
采用非流水线设计，确保所有指令只能顺序执行；
本地内存映射，使用位于子系统内部的本地32位互连总线来访问本地资源，以最大限度地减少访问延迟。
2. 通用总线
pru本身也有通用总线功能，如：uart、ecap、pwm、adc等。
3. 工业协议
ti根据工业行业应用，定制并兼容了多种工业通讯协议，如：ethercat、profinet、ethernet/ip等。
4. 运行环境
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众所周知，soc很复杂，里面集成了不少东西。这个pru就可以理解为一个协处理器，就是主处理器arm或dsp之外的一个小东西，可以处理一些专门的任务，已达到高效快速（real-time）的目的，同时也减轻了主处理器的负担。
而且，这个pru是programmable，也就是可以给安装一个固件上去。这个固件会干些什么呢，由开发人员设计实现。在sitara系列soc里，ti提供了一些现成的固件，像实现ethercat（slave）协议的、profinet通信的等等，这些都是工业通信的。在没有pru的情况下，想要做到类似的效果，就需要在外部增加一个asic或fpga部件了。现在整在soc里的话，就可以把产品做得更小了，也更轻易达到高可靠性。更方便的是，通过内部总线，pru可以访问到soc内部的各种资源，包括许多的外设。比如用pru实现百兆网协议栈，大大扩展一个产品上的网口数量。如今，我司已经推出了m65x系列核心板，m65x系列系列核心板是zlg致远电子基于ti公司 am6526处理器 和 am6548处理器 开发的工控核心板，旨在满足工业4.0嵌入式产品的复杂处理需求。核心板使用的am6548处理器具有四个主频高达1.1ghz的cortex-a53内核和两个主频400mhz的cortex-r5f内核，m65x系列核心板可选1gb或2gb ddr3l内存以及可选ddr ecc功能，emmc存储器可选4gb或8gb。具体型号有m6526-1gf4gli-t、m6526-2gf8gli-t、m6548-1gf4gli-t、m6548-2gf8gli-t，产品图片如图3 所示。
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图4 epcm5300a-li
epc5300a-li主机集成了大量的外设和接口资源，正面接口包括电源接口和按键开关、led指示灯、复位按键、usb接口、sd卡接口和sim卡接口，背面接口包括can-fd接口、千兆以太网、lvds接口、rs232接口和4g天线接口。在主机内部还有预留minipcie插座接口，支持4g模块或minipci设备（如pcie转sata）；扩展pru模块epcm5300a-pru，可用于扩展千兆以太网和串口，最多可扩展6路千兆以太网和18路串口、以及rgb lcd接口和mipi-csi摄像头接口。epcm5300a-li工控机可以满足5g、大数据和人工智能场景下的工业自动化、智能交通、智慧城市等行业应用。
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