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详细了解i.MX 8ULP应用处理器

关键词:i.MX 8ULP应用处理器 电源管理

时间:2023-12-19 14:15:23      来源:恩智浦

现代世界正逐渐采用更自然的人机界面(HMI)。我们不仅可以与智能音箱交谈,还可以在纸张般的电子阅读器上阅读。电子产品已成为我们的数字伙伴,而不再是被电源插座限制的系统。

作者:Gayathri Easwaran

现代世界正逐渐采用更自然的人机界面(HMI)。我们不仅可以与智能音箱交谈,还可以在纸张般的电子阅读器上阅读。电子产品已成为我们的数字伙伴,而不再是被电源插座限制的系统。

实现这场变革,需要多核处理器来处理语音命令、音频播放、图形显示以及系统控制等各种任务。电源管理和信息安全方面的创新使这些芯片能够始终保持工作,按需提供交互,同时大幅度降低能耗。

i.MX 8ULP处理器的创新灵活电源架构

恩智浦利用i.MX 8ULP应用处理器实现这些创新。该芯片通过将功能分配到不同的电源岛上,实现精细的电源管理。每个岛可以按需降低运行速度和电压,完全关闭或完全打开,从而节省电力。处理器中最耗电的部分是CPU。为了让系统在休眠时节省电力,同时保证系统的响应性,i.MX 8ULP处理器首创了一种机制,能将外围功能的控制从高性能的应用CPU转给低功耗的控制CPU。

重要的是,i.MX 8ULP处理器能够随时智能地决定芯片的哪些部分处于休眠状态,哪些部分处于完全唤醒或半唤醒的状态。恩智浦通过提供软件来控制电源管理,为开发人员提供多种电源管理程序,以便按需调整。他们还可以自己创建、编写软件来监测系统状态,调整每个“岛”的频率和电压。

i.MX 8ULP处理器的嵌入式安全

要保障智能设备和连接应用的安全,必须依靠具备内置安全性的硬件。i.MX 8ULP处理器内置恩智浦EdgeLock®安全区域,EdgeLock®安全区域是一个专注于信息安全的单元,与SoC的其他部分物理隔离,拥有独立的CPU、ROM和RAM。EdgeLock®安全区域为安全关键的功能提供了可信执行环境,包括i.MX 8ULP处理器的完整性保护、用户数据的保密性和安全连接。特别是,EdgeLock®安全区域是满足NIST 8425标准和获得即将推出的U.S. Cyber Trust Mark(针对连接的消费者产品)或支持IEC62443标准(针对工业控制和自动化系统)的主要途径。EdgeLock®安全区域电池供电的安全模块还能实现防篡改和零化等功能,以应对安全违规事件,从而支持包括销售终端等多种应用场景。

此外,i.MX 8ULP处理器还为OEM提供了符合区域要求的加密配置,可直接使用。结合恩智浦EdgeLock®2GO密钥管理服务,制造商还可以在不可信的工厂、现场或无线安全地为基于i.MX 8ULP处理器的产品提供凭证。这样就在嵌入式EdgeLock®安全区域和EdgeLock®2GO云平台间建立了端到端的安全连接。i.MX 8ULP处理器也是恩智浦EdgeLock®保障计划的一部分,并已通过PSA和SESIP信息安全二级认证,加速了安全标准和法规合规验证。

了解恩智浦工业和智能家居PMIC系列产品。PCA9460系列专为支持i.MX 8ULP系列处理器而设计。

i.MX 8ULP处理器一览

对于响应语音命令的系统,i.MX 8ULP处理器集成了Cadence Tensilica Fusion DSP,以及数字麦克风输入和I2S端口。超低功耗Fusion DSP与高能效Arm®Cortex®-M33F CPU一起在i.MX 8ULP处理器的实时域中运行,如框图所示。大容量片上存储器使DSP和CPU无需启动外部芯片即可工作。这些内核处于激活状态时,芯片的其余部分也可以关闭电源。例如,它们可以监听唤醒词,只有在听到唤醒词后才激活芯片的其余部分。


i.MX 8ULP应用处理器的框图

除了在芯片的其余部分休眠时运行外,实时域(顾名思义)还负责处理时间关键的任务。为了实现这一点,它还包括定时器和一组丰富的低速 I/O,用于控制系统的其他部分。

i.MX 8ULP处理器的应用域则运行主要的软件。应用域的核心是最多两个64位的Arm®Cortex®-A35 CPU。这些高能效的内核运行Linux或Android等适应性强的操作系统,可以驱动从手机到中央控制器等各种设备。为了配合CPU,应用域还包含快速的I/O控制器。SDIO接口可以连接到恩智浦IW416双频三路解决方案等外设。这提供了2.4GHz和5GHz的Wi-Fi、蓝牙和Thread无线通讯,使其非常适合连接到从Matter智能家居网络到企业局域网等各种系统。

flex域负责多媒体和图形功能,包括功能齐全的GPU和Cadence Tensilica HiFi4 DSP。虽然GPU通常与功耗较高的PC、智能手机和游戏机有关,但恩智浦在i.MX 8ULP芯片中内置了节能的GPU。该GPU体现了i.MX 8ULP处理器的电源管理理念,可以按需启动3D电路,其他时候只使用2D引擎,以节省电力,同时保持屏幕更新。

即使对于微型智能音箱,HiFi4 DSP也能提供震撼的低音和清脆的高音,运行空间音频算法,使小型设备能够提供沉浸式音频体验。HiFi4的作用不仅限于播放,还可以在捕获音频时处理从麦克风阵列录制的声音,从背景噪音中分离出语音。开发人员还可以利用HiFi4实现AI功能,继续Fusion DSP的工作,运行神经网络来识别语音。

除了这些处理单元,flex域还包括音频、摄像头和显示接口。对于需要实现电子墨水显示效果的系统,i.MX 8ULP处理器集成了电泳显示控制器(EPDC),用于驱动电子墨水屏 (E Ink)面板。对于需要彩色、交互式屏幕的系统,可以使用处理器的其他接口。

i.MX 8ULP适用于家庭和工业系统

i.MX 8ULP处理器具有先进的电源管理和安全特性,能够作为各种系统类型的核心和智能枢纽。想象一下,使用电池供电的医疗可穿戴设备具有语音功能,其中低功耗是非常关键的。使用小型电池时,这些设计可以利用8ULP处理器的DSP和音频接口,以及无线芯片和E Ink控制器的接口。物流标签或智能货架标签等应用也类似,但不需要音频功能。这些设计还可以关闭DSP和音频接口,以优化功耗。

智能恒温器的运行方式则完全不同。它只依赖i.MX 8ULP处理器的实时域和GPU的2D模式,不断监测温度,并定期更新LCD面板,显示当前的温度、设置和时间。每十分钟,应用域会短暂唤醒,将数据发送到基于云的服务,以便电力公司和房主能够监控和管理家庭。房主偶尔会使用流畅的触摸屏界面与它交互;在这些时候,3D GPU和应用CPU会启动。在家中其他地方,长时间使用电池供电的智能电表不需要运行交互式应用或显示器,但仍会收集能耗数据并定期传输。这样的设计可以利用i.MX 8ULP处理器的低功耗和连接无线芯片的能力。


语音控制的智能恒温器实现低功耗的持续温度监测

这些系统虽然简单,但用户的响应必须是即时的才能带来更佳体验。它们必须看起来一直在工作,即使在节能状态下也是如此。i.MX 8ULP处理器能够将实时域从低频运行切换到全速运行,唤醒应用域并在域之间转移控制,帮助系统节省电力,不错过任何节拍。半秒钟的反应时间都可能太慢了。例如,具有语音控制功能的智能手表一直处于开启状态,监听能够激活它们的特殊词语。i.MX 8ULP处理器实时域中的Fusion DSP可以处理这个监听功能,而芯片的其余部分则处于休眠状态。HiFi4 DSP只在音乐播放时激活,处理音乐,使得小型音箱也能让厨房听起来像音乐厅。

现在就开始使用i.MX 8ULP

i.MX 8ULP处理器提升了开发人员的计算和多媒体能力,能耗不受影响。恩智浦在i.MX 8ULP处理器上提供更多功能,提高应用性能,增加DSP来处理音频和执行AI功能,提供软件定义的电源管理,并将安全性提升到了新的水平。

i.MX 8ULP处理器现已上市。如需了解更多产品信息,请访问恩智浦网站的i.MX 8ULP处理器页面。

作者:


Gayathri Easwaran
恩智浦半导体SCE产品市场总监

Gayathri Easwaran是恩智浦半导体SCE产品市场总监,工作地点在美国德克萨斯州奥斯汀。她拥有圣路易斯华盛顿大学的电气工程硕士学位,同时也是ACT!ON(恩智浦亚洲文化团队)的负责人。她热衷于寻找差异化的解决方案,为客户提供支持。在空闲时间,她喜欢制作各种主题的播客。

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