專為AI邊緣打造的i.MX RT700跨界MCU

i.MX RT700系列提供了高性能、高集成度、先進(jìn)功能和高能效的優(yōu)化組合，為支持智能AI的邊緣端設(shè)備賦能，例如可穿戴設(shè)備、消費(fèi)電子醫(yī)療設(shè)備、智能家居設(shè)備和HMI設(shè)備。

在i.MX RT500 和i.MX RT600 跨界MCU 的成功基礎(chǔ)上，恩智浦宣布推出i.MX RT700，超低功耗、集成多核和eIQ^? Neutron 神經(jīng)處理單元(NPU)。

新一代i.MX RT700系列組合了前兩個(gè)系列的優(yōu)勢，進(jìn)一步降低了功耗，同時(shí)通過增加內(nèi)核和其他架構(gòu)增強(qiáng)功能提高了性能：

●   集成了恩智浦eIQ Neutron NPU AI/ML 加速器

●   高達(dá)7.5 MB 的低功耗內(nèi)部SRAM 陣列，具有30個(gè)分區(qū)，可實(shí)現(xiàn)卓越的多核訪問

●   新的圖形加速器包括硬件JPEG 和PNG 解碼，以及矢量圖形引擎和MIPI-DSI 接口

●   與前幾代產(chǎn)品相比，功耗降低了70%

●   1.2 V 低功耗eUSB 標(biāo)準(zhǔn)支持， 允許與標(biāo)準(zhǔn)USB2.0設(shè)備進(jìn)行交互

i.MX RT700 針對(duì)需要高性能感知、DSP 和計(jì)算能力的深度嵌入式應(yīng)用，同時(shí)保持低功耗特性以延長電池壽命。

深入了解i.MX RT700。查看結(jié)構(gòu)框圖和產(chǎn)品規(guī)格。

圖1 i.MX RT700概述

1   帶有eIQ^? Neutron NPU的多核架構(gòu)

全新的i.MX RT700 CPU架構(gòu)由高性能主計(jì)算子系統(tǒng)、以及“always-on”感知計(jì)算子系統(tǒng)和專用協(xié)處理器組成。主計(jì)算子系統(tǒng)使用運(yùn)行頻率為325 MHz 的Arm^? Cortex^?-M33(CM33) 核。與i.MX RT600 跨界MCU一樣，i.MX RT700 包括Cadence Tensilica^?HiFi 4 DSP。HiFi 4是基于超長指令字(VLIW) 架構(gòu)的高性能DSP 內(nèi)核，每個(gè)指令周期最多可處理8 個(gè)32×16 MAC。它可用于分流對(duì)性能需求較高的信號(hào)處理任務(wù)，如音頻和圖像處理，并支持定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算。

CM33用作通用執(zhí)行平臺(tái)，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)便可使用。它處理HiFi 4 DSP 以及其他協(xié)處理器和外部存儲(chǔ)器接口的初始啟動(dòng)。低功耗感知計(jì)算子系統(tǒng)由另一個(gè)250 MHz 的CM33 核和低功耗Cadence Tensilica^?HiFi 1 DSP 組成。它主要用于需要始終在線的應(yīng)用，能夠訪問為超低功耗運(yùn)行而調(diào)整的選定數(shù)量的通用外設(shè)。

應(yīng)用包括PDM麥克風(fēng)接口的喚醒詞檢測、實(shí)時(shí)傳感器集線器和BLE 音頻處理。為了支持人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)模型加速，i.MX RT700 集成了eIQ^? Neutron NPU。eIQ^? Neutron是一種可擴(kuò)展的硬件加速器架構(gòu)，恩智浦專為人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用構(gòu)建的多款產(chǎn)品均采用了該架構(gòu)。

圖2 i.MX RT700結(jié)構(gòu)框圖

i.MX RT700 采用eIQ Neutron N3-64 NPU，其性能介于MCX N947 MCU中的N1-16和高端i.MX 95應(yīng)用處理器中的N3-1024之間。該NPU已針對(duì)深度嵌入式、低功耗應(yīng)用進(jìn)行了調(diào)優(yōu)，與通用處理器相比，可以實(shí)現(xiàn)172倍的性能提升，同時(shí)每次推理的功耗只有其119分之一。

eIQ機(jī)器學(xué)習(xí)軟件開發(fā)環(huán)境可為使用恩智浦eIQNeutron神經(jīng)處理單元開發(fā)AL/ML應(yīng)用提供支持。該工具集為開發(fā)人員提供了一個(gè)工作流程，幫助他們將TensorFlow Lite等常見機(jī)器學(xué)習(xí)框架的代碼轉(zhuǎn)換為可以在NPU上加速的同等計(jì)算圖。

圖3 eIQ Neutron NPU加速倍增器

i.MX RT700中另一個(gè)有趣的處理資源是基于開放式RISC-V指令集架構(gòu)(ISA) 的全新EZH-V IO協(xié)處理器。

EZH-V 中的RISC-V ISA 已實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展：

●   添加硬件乘法和除法功能

●   添加浮點(diǎn)功能

●   添加位操作功能

●   提高了代碼密度

EZH-V可以執(zhí)行用于后處理圖形數(shù)據(jù)的“SmartDMA”任務(wù)，并作為GPU、CPU 和FlexIO 與MIPI DSI 等硬件接口之間的高速數(shù)據(jù)操作橋。它還可以用于任何其他通用IO 任務(wù)，并連接到GPIO 和大多數(shù)片上外設(shè)的多種觸發(fā)輸入。EZH-V的代碼使用基于RISC-V LLVM的工具鏈開發(fā)，該工具鏈將在MCUXpresso SDK中提供。

2   面向處理、圖形和存儲(chǔ)的復(fù)雜內(nèi)存架構(gòu)

i.MX RT700中的內(nèi)存架構(gòu)針對(duì)不同內(nèi)部處理資源之間靈活、低爭用的互連進(jìn)行了優(yōu)化。一個(gè)7.5MB的大型SRAM陣列分為30個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)都可由總線控制器訪問，以減少CM33核、HiFi DSP、DMA控制器和EZH-V之間的爭用。大型內(nèi)部存儲(chǔ)器可以快速訪問大型圖形幀緩沖區(qū)，并能夠連接到內(nèi)置的硬件JPEG和PNG解碼器。

30個(gè)獨(dú)立的SRAM分區(qū)都可以單獨(dú)用于代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，專用于CPU，或在各個(gè)內(nèi)核之間共享。每個(gè)分區(qū)都可以獨(dú)立地置于低功耗保留模式或完全斷電狀態(tài)。

有兩個(gè)XCACHE模塊用作專用系統(tǒng)和代碼緩存，可由計(jì)算子系統(tǒng)主用CM33 核、HiFi 4、EZH-V和兩個(gè)eDMA外設(shè)實(shí)例訪問。這些緩存可以顯著提高訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)的性能。HiFi 4有自己的本地緊耦合存儲(chǔ)器(TCM)以及本地指令/ 數(shù)據(jù)緩存，用于放置性能關(guān)鍵的DSP。

3   外部存儲(chǔ)器支持

與之前的i.MX RT500和i.MX RT600器件一樣，i.MX RT700采用了不帶閃存的架構(gòu)。已包含3 個(gè)xSPI外部存儲(chǔ)控制器，用于與四線和八線閃存連接。其中兩個(gè)xSPI實(shí)例支持與外部PSRAM連接的16位接口，用于添加非易失性存儲(chǔ)器。xSPI接口支持高達(dá)400 MHz DDR和200 MHz SDR傳輸。這樣可以為大型ML 模型、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和圖形資產(chǎn)添加大塊快速外部RAM。通過xSPI 控制器連接的外部存儲(chǔ)器可以通過系統(tǒng)內(nèi)存映射進(jìn)行訪問。代碼可以從外部連接的閃存就地執(zhí)行(XIP)。xSPI 接口被緩存，以確保最高性能。

xSPI控制器內(nèi)置了一個(gè)靈活的基于查找表(LUT)的命令引擎，適用于幾乎任何NOR閃存。i.MX RT700Boot ROM可以使用連接到xSPI 接口的閃存來啟動(dòng)系統(tǒng)。有幾個(gè)選項(xiàng)可供選擇，包括將啟動(dòng)代碼復(fù)制到內(nèi)部SRAM或直接就地執(zhí)行(XIP)。加密代碼可以在從外部閃存訪問時(shí)即時(shí)解密。

大容量存儲(chǔ)器可以通過SHDC/eMMC控制器連接。i.MX RT700的Boot ROM還支持從eMMC/SD卡啟動(dòng)系統(tǒng)。這使得SD/eMMC存儲(chǔ)器既能啟動(dòng)i.MX RT700，又可用于存儲(chǔ)配置和圖形資產(chǎn)的典型文件系統(tǒng)。

圖4 適用于可穿戴設(shè)備和個(gè)人健身應(yīng)用

4   面向空間受限產(chǎn)品的封裝

i.MX RT700將提供324引腳7.3×7.3 mm、0.4 mm間距的扇出晶圓級(jí)(FOWLP) 和256引腳6.025×6.025 mm、0.35mm間距的晶圓級(jí)芯片級(jí)(WLCSP)兩種封裝。這些封裝使設(shè)計(jì)人員能夠?qū).MX RT700嵌入到空間受限的區(qū)域。

高性能、超低功耗和密集封裝技術(shù)能夠顯著提升可穿戴設(shè)備、個(gè)人健身設(shè)備、消費(fèi)電子醫(yī)療設(shè)備和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的性能和用戶體驗(yàn)。

5   采用i.MX RT700的超低功耗、深度嵌入式設(shè)計(jì)

i.MX RT700代表著低功耗嵌入式處理技術(shù)的重大進(jìn)步。i.MX RT700具有超低功耗和高處理能力，適用于許多需要長電池壽命的應(yīng)用，同時(shí)通過專用圖形加速器提供卓越的用戶體驗(yàn)。

多核架構(gòu)使設(shè)計(jì)人員能夠靈活地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。i.MX RT700組合了通用內(nèi)核與高性能DSP 以及強(qiáng)大的NPU，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式產(chǎn)品差異化。

（本文來源于《EEPW》202411）