摘要：例如在电机驱动器、太阳能系统等应用中，实时故障检测可确保运行安全性和长期可靠性，提前准确识别故障或预测故障的能力可显著增强系统可靠性。这也是工程师们当前面临的挑战，即设计出能够实时做出准确、智能决策的系统，以经济实惠的价格优化实时控制功能，同时利用集成功能实现

当今时代，实时控制正在推动现代系统的发展。

例如在电机驱动器、太阳能系统等应用中，实时故障检测可确保运行安全性和长期可靠性，提前准确识别故障或预测故障的能力可显著增强系统可靠性。这也是工程师们当前面临的挑战，即设计出能够实时做出准确、智能决策的系统，以经济实惠的价格优化实时控制功能，同时利用集成功能实现系统设计的创新。

在此需求和趋势下，德州仪器 (TI) 近日推出两款新型MCU可实现边缘AI和先进的实时控制，提高系统效率、安全性和可持续性。

11月26日，德州仪器在深圳国际会展中心皇冠假日酒店举行C2000TM MCU新品发布会。在发布会上，德州仪器中国区技术支持总监师英先生详细介绍了新推出MCU产品特点和优势，以及在应用中的独特竞争力。

众所周知，德州仪器C2000实时MCU在业界成名已久，为工业、汽车、家用电器等各种设备提供高实时性的控制功能。

师英表示，C2000系列MCU自1994年推出第一颗TMS320C10处理器以来，已经走过了30年的辉煌历程。从最初的16位运算位宽，到如今的64位运算位宽，C2000系列不断迭代升级，在发展过程中相继加入了浮点运算单元、数学运算协处理器、三角函数运算器、向量运算加速单元等，以及不断优化的PWM和ADC等外设。特别是2023年的280015X，德州仪器将CPU内核做成Lock Step，用2颗CPU锁步运行，支持器件本身的功能安全。

几十年来，TI的C2000 MCU一直在帮助客户测量和高效处理实际数据。

如今，随着AI技术的兴起和实时控制需求的提升，TI在C2000 产品系列中引入了增强型实时性能和边缘AI，旨在赋能工程师解决更复杂的问题，实现更高水平的系统效率、安全性和可持续性。

l C2000 MCU率先集成NPU，发力边缘AI

据介绍，本次新发布的TMS320F28P55x 系列MCU使用集成神经网络处理单元 (NPU) 运行卷积神经网络 (CNN) 模型，能够减轻主CPU的负担，因此其延迟时间比软件实现低5到10倍，因而可实现更快、更准确的决策。

此外，在集成NPU上运行的模型可通过训练学习和适应不同的环境，帮助系统实现高于99% 的故障检测准确率，从而在边缘做出更明智的决策。

可见，集成NPU运行卷积神经网络 (CNN) 模型，有助于MCU在监测系统故障时降低延迟和功耗，实时优化系统故障检测。

具体来看，TMS320F28P55x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。对于实时系统而言，ADC与高精度PWM是两大核心外设。同时，F28P55X提供了24个高精度PWM通道以及最多39个ADC通道。

资料显示，F28P55X涵盖多种配置的系列，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。

借助边缘AI，电子产品响应速度更快、更高效、更安全。在边缘做出决策使计算能力更接近数据源，从而实现在设备上而不是在云端做出决策。

能够看到，TMS320F28P55x系列继承了传统C2000 MCU的实时性能力，并通过集成NPU提升了智能化水平，对于AI拉弧检测以及电机故障预测等算法模型有着更强的支持能力。

以电机轴承和太阳能电弧故障的监测为例来看，要实现电机驱动和太阳能系统的可靠运行，需要进行快速且可预测的系统故障检测，以帮助减少错误警报，同时还需要监测电机轴承异常和实际故障。支持边缘AI的MCU可以监测两种类型的故障：

如果没有响应式监测，系统可能会因实际故障或错误警报而发生意外停机或系统故障，从而影响运营效率和操作员安全。例如，光伏逆变器中的误报可能会导致系统停机，需要进行检查，从而影响生产力。带电电弧漏检也会增加火灾或系统损坏的风险。

因此，基于边缘 AI 的集成式故障检测功能在 TMS320F28P550SJ 等实时 MCU 中本地运行 CNN 模型，有助于提高故障检测率、避免误报，同时提供更好的预测性维护。借助边缘 AI，这些系统可以学习并适应环境，从而优化实时控制、提高整体系统可靠性、安全性和效率，同时减少停机时间。

实时控制系统中支持边缘 AI 的故障监测解决方案

师英表示，相较于现有的传统双芯片解决方案，新的单芯片解决方案能将检测准确度从

据悉，德州仪器完整的AI工具链包括针对特定应用进行优化和测试的模型，可帮助不同经验水平的工程师轻松完成AI模型开发过程。

以SOLAX客户为例，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。因此，该客户选择采用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。

通过使用TI最新的C2000 TMS320F28P55x系列的拉弧保护解决方案，从硬件到软件，全自主研发，基于人工智能模型，打造速度更快，精度更高的电弧保护装置。同时该电弧保护装置充分利于TI的边缘AI技术来提高复杂用户环境中的电弧故障检测精度和减少误报的能力，从而解决整个行业长期存在的挑战。

此外，F29H85x还包括诊断和错误检查机制，以支持ISO26262设计流程和IEC61508汽车和工业安全标准，最高可达ASIL D和SIL 3。这些MCU还提供网络安全功能，具有完全隔离的硬件安全模块，可保护系统免受未经授权的访问和网络威胁。专有安全和安全单元使用上下文感知内存保护单元对 CPU 任务进行硬件隔离，提供运行时安全性和安全性，而不会影响性能，不受干扰和自检过程的影响。

师英强调：“凭借我们在神经处理单元领域的深厚积累与领先优势，我们将为工程师们在设计能够实时做出准确、智能决策的系统过程中所面临的挑战提供强有力的支持。”

l F29H85x系列MCU：内核重大升级

另一款F29H85x系列MCU基于德州仪器的新型64位C29 DSP内核构建，提供具有集成功能安全和信息安全功能的先进架构。

从C28内核迭代至C29版本，意味着C2000内核的一次重大升级。

据介绍，C29内核基于64位架构设计，通过上图比较能看到，C29内核与C28相比实现了性能的数倍提升。

同时，F29H85x系列在功能安全方面可达到汽车领域ISO26262标准的ASIL-D级别，即最高标准；同时，在工业领域也符合IEC61508的SIL-3级别，同样是工业安全的最高标准。在信息安全方面，引入了行业内广泛应用的HSM，使得该系列器件能够满足全球不同地区对于信息安全的各种严格要求。

实时微控制器 (MCU) 在帮助高压汽车和能源基础设施系统满足电源效率、功率密度和安全设计要求方面发挥着至关重要的作用。无论是车载充电器 (OBC) 还是不间断电源 (UPS)，这些设备都必须在恶劣环境中为时间关键型任务提供快速、确定性的性能。

基于上述特性和内核优势，F29H85x系列C2000 MCU专为应对高压系统中严苛的处理和安全设计挑战而设计。这些MCU性能显著提升，是前代TI C28内核及市场上其他MCU的两到五倍，并配备先进的集成式功能安全和信息安全元件，可帮助工程师优化系统的可靠性和完整性，同时降低设计复杂性和成本。

通过在OBC、高压和低压直流/直流转换器等电动汽车子系统以及主机集成系统中使用集成度更高的设计方法，设计人员可以提高电源效率，降低系统成本和减轻重量，并简化设计中安全功能的管理。

据了解，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。

C29 内核与功能安全和信息安全单元 (SSU) 集成，可以在同一内核中无缝执行多个控制功能，同时防止这些功能相互干扰。这样可以保持功能之间的完全隔离并且不受干扰。

此外，德州仪器专有的功能安全和信息安全单元采用先进的情境感知存储器保护单元，能够对 CPU 任务进行硬件隔离，保障其不受干扰和自测试过程的影响。这一设计在不影响性能的情况下提供运行时功能安全和信息安全。

师英指出：“当前汽车行业与工业领域正加速迈向高能效、快速决策系统的时代。TI关注到这一趋势，并通过不断的技术创新推动实现单芯片实时控制功能，并融入功能安全与信息安全机制，以应对日益复杂的系统挑战。”

同时，为了让客户能够更容易地开发和基于C2000的应用，德州仪器提供了丰富的生态系统支持。从参考设计到硬件和软件的设计源文件，再到软件和工具的支持，德州仪器一应俱全。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。

随着F28P55X和F29H85x系列MCU的推出，德州仪器将进一步完善C2000实时MCU系列产品矩阵，提升产品性能和AI能力，专注于客户和市场需求，致力于帮助合作伙伴打造出性能更强大、更可靠、安全、经济实用的电子产品。

据了解，TMS320F28P550SJ和TMS320F28P559SJ-Q1可通过ti.com.cn/C2000购买，F29H850TU和F29H859TU-Q1将于2024年底上市。与此同时，TI支持多种付款方式和发货方式，提供配套评估模块。

来源：半导体行业观察一点号