物聯(lián)網(wǎng)的不斷擴(kuò)展，推動(dòng)了新一輪大規(guī)模的智能化升級(jí)浪潮。智能化正在從云端向具有機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）能力的邊緣設(shè)備轉(zhuǎn)移，這些設(shè)備能夠在本地處理傳感器數(shù)據(jù)流，與基于云的AI系統(tǒng)相比，延遲更低，安全性更高，提供更好的用戶(hù)隱私保護(hù)。為了將邊緣設(shè)備從單純的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換為具有自主操作能力的邊緣智能，開(kāi)發(fā)人員需要具有多核性能并內(nèi)置加速器的新型低功耗微控制器（MCU）來(lái)執(zhí)行ML任務(wù)，同時(shí)最小化功耗預(yù)算以保持節(jié)能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

面向未來(lái)的邊緣智能，恩智浦最近發(fā)布了MCX產(chǎn)品組合，該平臺(tái)可提供可擴(kuò)展性能、并行性、安全性、高能效和豐富外設(shè)，針對(duì)廣泛的物聯(lián)網(wǎng)、邊緣ML和工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化。MCX產(chǎn)品組合結(jié)合了恩智浦LPC和Kinetis MCU系列的DNA，為智能互聯(lián)設(shè)備重新定義下一代通用MCU。

在MCX產(chǎn)品組合下，恩智浦首先推出的是MCX N高性能系列，專(zhuān)為安全、智能的邊緣應(yīng)用而設(shè)計(jì)。N系列中首先登場(chǎng)的是MCX N94x和MCX N54x MCU系列，具有高效的多核架構(gòu)、內(nèi)置EdgeLock安全子系統(tǒng)和用于實(shí)時(shí)推理的專(zhuān)用內(nèi)置神經(jīng)處理單元（NPU）。MCX N94x系列適用于工業(yè)應(yīng)用，具有更廣泛的模擬和電機(jī)控制外設(shè)，而MCX N54x系列針對(duì)消費(fèi)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，集成了眾多外設(shè)，包括帶PHY的高速USB，SD和智能卡接口等。

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150MHz的MCU能帶來(lái)什么？

使用低功耗的150MHz MCU實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理性能、高級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ML功能聽(tīng)起來(lái)似乎非常困難，但MCX N94x和MCX N54x并不是普通的MCU，而是多核設(shè)計(jì)和豐富外設(shè)的偉大結(jié)晶。

MCX N94x和MCX N54x基于高性能雙核Arm Cortex-M33，運(yùn)行頻率高達(dá)150MHz，片內(nèi)集成高達(dá)2MB的閃存，可配置的帶ECC檢測(cè)的RAM、智能DMA、DSP協(xié)處理器、安全子系統(tǒng)和恩智浦設(shè)計(jì)的一體化NPU。開(kāi)發(fā)人員可以使用這些內(nèi)核和加速器的任意組合來(lái)完成具體任務(wù)，而無(wú)需提高M(jìn)CU的時(shí)鐘速度或增加功耗。

MCX N94x框圖

片內(nèi)多種加速器使MCX N系列MCU能夠以低功耗預(yù)算高效地處理多個(gè)復(fù)雜任務(wù)，同時(shí)保證系統(tǒng)的安全性。多核設(shè)計(jì)通過(guò)智能、高效地將工作負(fù)載分配到模擬和數(shù)字外設(shè)，提高了系統(tǒng)性能并降低了功耗。因此，MCU的工作電流消耗小于45μA/MHz，如果啟用實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和保持8KB SRAM，掉電模式下消耗的電流不到2.5μA，如果在啟用RTC和8KB SRAM的深度掉電模式下，消耗的電流不到1μA。

雙核架構(gòu)將功能全面的Cortex-M33內(nèi)核與M33從核相結(jié)合來(lái)管理控制功能，使開(kāi)發(fā)人員能夠并行運(yùn)行應(yīng)用程序，或根據(jù)需要關(guān)閉單個(gè)內(nèi)核來(lái)降低總體功耗。例如，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全無(wú)線(xiàn)（OTA）更新期間，主M33內(nèi)核可以處理系統(tǒng)安全，而第二個(gè)從核執(zhí)行控制功能。

隨著MCX N系列發(fā)布，恩智浦自主研發(fā)的NPU初次亮相，以實(shí)現(xiàn)邊緣的高性能和低功耗智能。與只使用CPU內(nèi)核相比，內(nèi)置NPU的ML吞吐量提高了30倍。

NPU的相對(duì)加速度

如此的ML性能表現(xiàn)在MCU領(lǐng)域堪稱(chēng)頂級(jí)，使得TinyML在資源和功率受限的邊緣設(shè)備上展現(xiàn)超凡的算力。突破性能邊界，暢想如下的應(yīng)用可能，例如實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的深度學(xué)習(xí)模型、為門(mén)禁控制添加人臉和語(yǔ)音識(shí)別功能、為家庭安全系統(tǒng)創(chuàng)建電池供電的玻璃破碎探測(cè)器、為電機(jī)控制預(yù)測(cè)維護(hù)開(kāi)發(fā)振動(dòng)傳感器和設(shè)計(jì)配備生物傳感器的智能可穿戴設(shè)備等等。

設(shè)計(jì)靈活安全

MCX N系列具有豐富的外設(shè)，就像開(kāi)發(fā)人員的百寶箱。高精度混合信號(hào)模擬外設(shè)具備更強(qiáng)的自主性，可以減少CPU中斷并節(jié)省電力。例如，ADC具備智能化設(shè)計(jì)，可以持續(xù)收集數(shù)據(jù)并在本地對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分配。MCU的兩個(gè)16位ADC都可以用作兩個(gè)單端輸入ADC（有效地用作四個(gè)ADC）或用作單個(gè)差分輸入ADC。

工業(yè)級(jí)通信外設(shè)包括以太網(wǎng)、CAN-FD、BLDC/PMSM電機(jī)控制支持、高速和全速USB以及內(nèi)置傳感器接口（MIPI-I³C、I²C、UART和SPI）。為了提高靈活性，恩智浦的低功耗Flexcomm接口允許十個(gè)串行外設(shè)（包括SPI、UART和I²C）任意組合。

MCX N系列MCU遵循恩智浦設(shè)計(jì)確保安全方案構(gòu)建，集成了EdgeLock安全子系統(tǒng)，可以安全啟動(dòng)不可變的信任根、實(shí)現(xiàn)硬件加速加密、主動(dòng)和被動(dòng)入侵檢測(cè)以及電壓和溫度篡改檢測(cè)。這種一流的安全架構(gòu)為現(xiàn)場(chǎng)更新和在線(xiàn)傳輸提供支持，并防止遠(yuǎn)程原始設(shè)計(jì)制造商（ODM）過(guò)度生產(chǎn)。

MCUXpresso和eIQ軟件快速入門(mén)

為了幫助簡(jiǎn)化和加速系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，MCX N系列MCU由恩智浦廣受歡迎的MCUXpresso軟件套件（包括用于簡(jiǎn)單設(shè)備配置和安全編程的工具）支持。開(kāi)發(fā)人員可以選擇使用功能全面的MCUXpresso IDE或IAR和Keil的IDE。恩智浦為驅(qū)動(dòng)程序和中間件提供了大量示例并支持一系列RTOS選項(xiàng)，恩智浦的合作伙伴生態(tài)體系也提供了一系列兼容中間件，這樣可以實(shí)現(xiàn)大量應(yīng)用程序的快速開(kāi)發(fā)。

恩智浦的eIQ ML軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境還提供了易于使用的工具來(lái)訓(xùn)練和支持運(yùn)行在內(nèi)置NPU上的ML模型。

進(jìn)一步探索MCX N系列

MCX N系列為具備低功耗、高性能要求的邊緣人工智能提供了新的可能性。

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