【導(dǎo)讀】現(xiàn)代世界正逐漸采用更自然的人機(jī)界面(HMI)。我們不僅可以與智能音箱交談,還可以在紙張般的電子閱讀器上閱讀。電子產(chǎn)品已成為我們的數(shù)字伙伴,而不再是被電源插座限制的系統(tǒng)。
現(xiàn)代世界正逐漸采用更自然的人機(jī)界面(HMI)。我們不僅可以與智能音箱交談,還可以在紙張般的電子閱讀器上閱讀。電子產(chǎn)品已成為我們的數(shù)字伙伴,而不再是被電源插座限制的系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)這場(chǎng)變革,需要多核處理器來(lái)處理語(yǔ)音命令、音頻播放、圖形顯示以及系統(tǒng)控制等各種任務(wù)。電源管理和信息安全方面的創(chuàng)新使這些芯片能夠始終保持工作,按需提供交互,同時(shí)大幅度降低能耗。
i.MX 8ULP處理器的創(chuàng)新靈活電源架構(gòu)
恩智浦利用i.MX 8ULP應(yīng)用處理器實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)新。該芯片通過(guò)將功能分配到不同的電源島上,實(shí)現(xiàn)精細(xì)的電源管理。每個(gè)島可以按需降低運(yùn)行速度和電壓,完全關(guān)閉或完全打開(kāi),從而節(jié)省電力。處理器中最耗電的部分是CPU。為了讓系統(tǒng)在休眠時(shí)節(jié)省電力,同時(shí)保證系統(tǒng)的響應(yīng)性,i.MX 8ULP處理器首創(chuàng)了一種機(jī)制,能將外圍功能的控制從高性能的應(yīng)用CPU轉(zhuǎn)給低功耗的控制CPU。
重要的是,i.MX 8ULP處理器能夠隨時(shí)智能地決定芯片的哪些部分處于休眠狀態(tài),哪些部分處于完全喚醒或半喚醒的狀態(tài)。恩智浦通過(guò)提供軟件來(lái)控制電源管理,為開(kāi)發(fā)人員提供多種電源管理程序,以便按需調(diào)整。他們還可以自己創(chuàng)建、編寫(xiě)軟件來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài),調(diào)整每個(gè)“島”的頻率和電壓。
i.MX 8ULP處理器的嵌入式安全
要保障智能設(shè)備和連接應(yīng)用的安全,必須依靠具備內(nèi)置安全性的硬件。i.MX 8ULP處理器內(nèi)置恩智浦EdgeLock?安全區(qū)域,EdgeLock?安全區(qū)域是一個(gè)專注于信息安全的單元,與SoC的其他部分物理隔離,擁有獨(dú)立的CPU、ROM和RAM。EdgeLock?安全區(qū)域?yàn)榘踩P(guān)鍵的功能提供了可信執(zhí)行環(huán)境,包括i.MX 8ULP處理器的完整性保護(hù)、用戶數(shù)據(jù)的保密性和安全連接。特別是,EdgeLock?安全區(qū)域是滿足NIST 8425標(biāo)準(zhǔn)和獲得即將推出的U.S. Cyber Trust Mark(針對(duì)連接的消費(fèi)者產(chǎn)品)或支持IEC62443標(biāo)準(zhǔn)(針對(duì)工業(yè)控制和自動(dòng)化系統(tǒng))的主要途徑。EdgeLock?安全區(qū)域電池供電的安全模塊還能實(shí)現(xiàn)防篡改和零化等功能,以應(yīng)對(duì)安全違規(guī)事件,從而支持包括銷售終端等多種應(yīng)用場(chǎng)景。
此外,i.MX 8ULP處理器還為OEM提供了符合區(qū)域要求的加密配置,可直接使用。結(jié)合恩智浦EdgeLock?2GO密鑰管理服務(wù),制造商還可以在不可信的工廠、現(xiàn)場(chǎng)或無(wú)線安全地為基于i.MX 8ULP處理器的產(chǎn)品提供憑證。這樣就在嵌入式EdgeLock?安全區(qū)域和EdgeLock?2GO云平臺(tái)間建立了端到端的安全連接。i.MX 8ULP處理器也是恩智浦EdgeLock?保障計(jì)劃的一部分,并已通過(guò)PSA和SESIP信息安全二級(jí)認(rèn)證,加速了安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)合規(guī)驗(yàn)證。
了解恩智浦工業(yè)和智能家居PMIC系列產(chǎn)品。PCA9460系列專為支持i.MX 8ULP系列處理器而設(shè)計(jì)。
i.MX 8ULP處理器一覽
對(duì)于響應(yīng)語(yǔ)音命令的系統(tǒng),i.MX 8ULP處理器集成了Cadence Tensilica Fusion DSP,以及數(shù)字麥克風(fēng)輸入和I2S端口。超低功耗Fusion DSP與高能效Arm?Cortex?-M33F CPU一起在i.MX 8ULP處理器的實(shí)時(shí)域中運(yùn)行,如框圖所示。大容量片上存儲(chǔ)器使DSP和CPU無(wú)需啟動(dòng)外部芯片即可工作。這些內(nèi)核處于激活狀態(tài)時(shí),芯片的其余部分也可以關(guān)閉電源。例如,它們可以監(jiān)聽(tīng)喚醒詞,只有在聽(tīng)到喚醒詞后才激活芯片的其余部分。
i.MX 8ULP應(yīng)用處理器的框圖
除了在芯片的其余部分休眠時(shí)運(yùn)行外,實(shí)時(shí)域(顧名思義)還負(fù)責(zé)處理時(shí)間關(guān)鍵的任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),它還包括定時(shí)器和一組豐富的低速 I/O,用于控制系統(tǒng)的其他部分。
i.MX 8ULP處理器的應(yīng)用域則運(yùn)行主要的軟件。應(yīng)用域的核心是最多兩個(gè)64位的Arm?Cortex?-A35 CPU。這些高能效的內(nèi)核運(yùn)行Linux或Android等適應(yīng)性強(qiáng)的操作系統(tǒng),可以驅(qū)動(dòng)從手機(jī)到中央控制器等各種設(shè)備。為了配合CPU,應(yīng)用域還包含快速的I/O控制器。SDIO接口可以連接到恩智浦IW416雙頻三路解決方案等外設(shè)。這提供了2.4GHz和5GHz的Wi-Fi、藍(lán)牙和Thread無(wú)線通訊,使其非常適合連接到從Matter智能家居網(wǎng)絡(luò)到企業(yè)局域網(wǎng)等各種系統(tǒng)。
flex域負(fù)責(zé)多媒體和圖形功能,包括功能齊全的GPU和Cadence Tensilica HiFi4 DSP。雖然GPU通常與功耗較高的PC、智能手機(jī)和游戲機(jī)有關(guān),但恩智浦在i.MX 8ULP芯片中內(nèi)置了節(jié)能的GPU。該GPU體現(xiàn)了i.MX 8ULP處理器的電源管理理念,可以按需啟動(dòng)3D電路,其他時(shí)候只使用2D引擎,以節(jié)省電力,同時(shí)保持屏幕更新。
即使對(duì)于微型智能音箱,HiFi4 DSP也能提供震撼的低音和清脆的高音,運(yùn)行空間音頻算法,使小型設(shè)備能夠提供沉浸式音頻體驗(yàn)。HiFi4的作用不僅限于播放,還可以在捕獲音頻時(shí)處理從麥克風(fēng)陣列錄制的聲音,從背景噪音中分離出語(yǔ)音。開(kāi)發(fā)人員還可以利用HiFi4實(shí)現(xiàn)AI功能,繼續(xù)Fusion DSP的工作,運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)識(shí)別語(yǔ)音。
除了這些處理單元,flex域還包括音頻、攝像頭和顯示接口。對(duì)于需要實(shí)現(xiàn)電子墨水顯示效果的系統(tǒng),i.MX 8ULP處理器集成了電泳顯示控制器(EPDC),用于驅(qū)動(dòng)電子墨水屏 (E Ink)面板。對(duì)于需要彩色、交互式屏幕的系統(tǒng),可以使用處理器的其他接口。
i.MX 8ULP適用于家庭和工業(yè)系統(tǒng)
i.MX 8ULP處理器具有先進(jìn)的電源管理和安全特性,能夠作為各種系統(tǒng)類型的核心和智能樞紐。想象一下,使用電池供電的醫(yī)療可穿戴設(shè)備具有語(yǔ)音功能,其中低功耗是非常關(guān)鍵的。使用小型電池時(shí),這些設(shè)計(jì)可以利用8ULP處理器的DSP和音頻接口,以及無(wú)線芯片和E Ink控制器的接口。物流標(biāo)簽或智能貨架標(biāo)簽等應(yīng)用也類似,但不需要音頻功能。這些設(shè)計(jì)還可以關(guān)閉DSP和音頻接口,以優(yōu)化功耗。
智能恒溫器的運(yùn)行方式則完全不同。它只依賴i.MX 8ULP處理器的實(shí)時(shí)域和GPU的2D模式,不斷監(jiān)測(cè)溫度,并定期更新LCD面板,顯示當(dāng)前的溫度、設(shè)置和時(shí)間。每十分鐘,應(yīng)用域會(huì)短暫?jiǎn)拘?,將?shù)據(jù)發(fā)送到基于云的服務(wù),以便電力公司和房主能夠監(jiān)控和管理家庭。房主偶爾會(huì)使用流暢的觸摸屏界面與它交互;在這些時(shí)候,3D GPU和應(yīng)用CPU會(huì)啟動(dòng)。在家中其他地方,長(zhǎng)時(shí)間使用電池供電的智能電表不需要運(yùn)行交互式應(yīng)用或顯示器,但仍會(huì)收集能耗數(shù)據(jù)并定期傳輸。這樣的設(shè)計(jì)可以利用i.MX 8ULP處理器的低功耗和連接無(wú)線芯片的能力。
語(yǔ)音控制的智能恒溫器實(shí)現(xiàn)低功耗的持續(xù)溫度監(jiān)測(cè)
這些系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)單,但用戶的響應(yīng)必須是即時(shí)的才能帶來(lái)更佳體驗(yàn)。它們必須看起來(lái)一直在工作,即使在節(jié)能狀態(tài)下也是如此。i.MX 8ULP處理器能夠?qū)?shí)時(shí)域從低頻運(yùn)行切換到全速運(yùn)行,喚醒應(yīng)用域并在域之間轉(zhuǎn)移控制,幫助系統(tǒng)節(jié)省電力,不錯(cuò)過(guò)任何節(jié)拍。半秒鐘的反應(yīng)時(shí)間都可能太慢了。例如,具有語(yǔ)音控制功能的智能手表一直處于開(kāi)啟狀態(tài),監(jiān)聽(tīng)能夠激活它們的特殊詞語(yǔ)。i.MX 8ULP處理器實(shí)時(shí)域中的Fusion DSP可以處理這個(gè)監(jiān)聽(tīng)功能,而芯片的其余部分則處于休眠狀態(tài)。HiFi4 DSP只在音樂(lè)播放時(shí)激活,處理音樂(lè),使得小型音箱也能讓廚房聽(tīng)起來(lái)像音樂(lè)廳。
現(xiàn)在就開(kāi)始使用i.MX 8ULP
i.MX 8ULP處理器提升了開(kāi)發(fā)人員的計(jì)算和多媒體能力,能耗不受影響。恩智浦在i.MX 8ULP處理器上提供更多功能,提高應(yīng)用性能,增加DSP來(lái)處理音頻和執(zhí)行AI功能,提供軟件定義的電源管理,并將安全性提升到了新的水平。
i.MX 8ULP處理器現(xiàn)已上市。
(來(lái)源:恩智浦半導(dǎo)體,作者:Gayathri Easwaran,恩智浦半導(dǎo)體SCE產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān))
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