作者：CK Phua

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物聯(lián)網(wǎng)的不斷擴展，推動了新一輪大規(guī)模的智能化升級浪潮。智能化正在從云端向具有機器學習（ML）能力的邊緣設備轉移，這些設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，提供更好的用戶隱私保護。為了將邊緣設備從單純的數(shù)據(jù)采集轉換為具有自主操作能力的邊緣智能，開發(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）來執(zhí)行ML任務，同時最小化功耗預算以保持節(jié)能的系統(tǒng)設計。

面向未來的邊緣智能，恩智浦最近發(fā)布了MCX產(chǎn)品組合，該平臺可提供可擴展性能、并行性、安全性、高能效和豐富外設，針對廣泛的物聯(lián)網(wǎng)、邊緣ML和工業(yè)應用場景進行了優(yōu)化。MCX產(chǎn)品組合結合了恩智浦LPC和Kinetis MCU系列的DNA，為智能互聯(lián)設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，專為安全、智能的邊緣應用而設計。N系列中首先登場的是MCX N94x和MCX N54x MCU系列，具有高效的多核架構、內(nèi)置EdgeLock^?安全子系統(tǒng)和用于實時推理的專用內(nèi)置神經(jīng)處理單元（NPU）。MCX N94x系列適用于工業(yè)應用，具有更廣泛的模擬和電機控制外設，而MCX N54x系列針對消費和物聯(lián)網(wǎng)應用，集成了眾多外設，包括帶PHY的高速USB，SD和智能卡接口等。

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150MHz的MCU能帶來什么？答案遠超想象

使用低功耗的150MHz MCU實現(xiàn)多任務處理性能、高級神經(jīng)網(wǎng)絡和ML功能聽起來似乎非常困難，但MCX N94x和MCX N54x并不是普通的MCU，而是多核設計和豐富外設的偉大結晶。

MCX N94x和MCX N54x基于高性能雙核Arm^?Cortex^?-M33，運行頻率高達150 MHz，片內(nèi)集成高達2MB的閃存，可配置的帶ECC檢測的RAM、智能DMA、DSP協(xié)處理器、安全子系統(tǒng)和恩智浦設計的一體化NPU。開發(fā)人員可以使用這些內(nèi)核和加速器的任意組合來完成具體任務，而無需提高MCU的時鐘速度或增加功耗。

MCX N94x框圖

片內(nèi)多種加速器使MCX N系列MCU能夠以低功耗預算高效地處理多個復雜任務，同時保證系統(tǒng)的安全性。多核設計通過智能、高效地將工作負載分配到模擬和數(shù)字外設，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，如果啟用實時時鐘（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。

雙核架構將功能全面的Cortex-M33內(nèi)核與M33從核相結合來管理控制功能，使開發(fā)人員能夠并行運行應用程序，或根據(jù)需要關閉單個內(nèi)核來降低總體功耗。例如，在物聯(lián)網(wǎng)設備的安全無線（OTA）更新期間，主M33內(nèi)核可以處理系統(tǒng)安全，而第二個從核執(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的相對加速度

如此的ML性能表現(xiàn)在MCU領域堪稱頂級，使得TinyML在資源和功率受限的邊緣設備上展現(xiàn)超凡的算力。突破性能邊界，暢想如下的應用可能，例如實現(xiàn)復雜的深度學習模型、為門禁控制添加人臉和語音識別功能、為家庭安全系統(tǒng)創(chuàng)建電池供電的玻璃破碎探測器、為電機控制預測維護開發(fā)振動傳感器和設計配備生物傳感器的智能可穿戴設備等等。

設計靈活安全

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

工業(yè)級通信外設包括以太網(wǎng)、CAN-FD、BLDC/PMSM電機控制支持、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接口允許十個串行外設（包括SPI、UART和I²C）任意組合。

MCX N系列MCU遵循恩智浦設計確保安全方案構建，集成了EdgeLock^?安全子系統(tǒng)，可以安全啟動不可變的信任根、實現(xiàn)硬件加速加密、主動和被動入侵檢測以及電壓和溫度篡改檢測。這種一流的安全架構為現(xiàn)場更新和在線傳輸提供支持，并防止遠程原始設計制造商（ODM）過度生產(chǎn)。

MCUXpresso和eIQ^?軟件快速入門

為了幫助簡化和加速系統(tǒng)開發(fā)，MCX N系列MCU由恩智浦廣受歡迎的MCUXpresso軟件套件（包括用于簡單設備配置和安全編程的工具）支持。開發(fā)人員可以選擇使用功能全面的MCUXpresso IDE或IAR和Keil的IDE。恩智浦為驅動程序和中間件提供了大量示例并支持一系列RTOS選項，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，這樣可以實現(xiàn)大量應用程序的快速開發(fā)。恩智浦的eIQ^?ML軟件開發(fā)環(huán)境還提供了易于使用的工具來訓練和支持運行在內(nèi)置NPU上的ML模型。

進一步探索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。詳細了解MCX N94x和MCX N54 MCU，或聯(lián)系恩智浦全球銷售人員。

CK Phua

微控制器產(chǎn)品經(jīng)理

CK于1993年加入飛利浦半導體公司，曾擔任質量、應用工程、產(chǎn)品工程和技術營銷等多個職位。繼飛利浦之后，CK在2012年加入飛思卡爾，飛思卡爾合并后加入恩智浦。CK現(xiàn)任邊緣處理業(yè)務部微控制器的產(chǎn)品經(jīng)理。

關鍵詞： 開發(fā)人員 微控制器 邊緣設備 應用程序 產(chǎn)品經(jīng)理