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、先進功能和高能效的優化組合，為支持智能AI的邊緣端設備賦能，例如可穿戴設備、消費電子醫療設備、智能家居設備和HMI設備。

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

新一代i.MX RT700系列組合了前兩個系列的優勢，進一步降低了功耗，同時通過增加內核和其他架構增強功能提高了性能：

●   集成了恩智浦eIQ Neutron NPU AI/ML 加速器

●   高達7.5 MB 的低功耗內部SRAM 陣列，具有30個分區，可實現卓越的多核訪問

●   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

●   與前幾代產品相比，功耗降低了70%

●   1.2 V 低功耗eUSB 標準支持， 允許與標準USB2.0設備進行交互

i.MX RT700 針對需要高性能感知、DSP 和計算能力的深度嵌入式應用，同時保持低功耗特性以延長電池壽命。

深入了解i.MX RT700。查看結構框圖和產品規格。

圖1 i.MX RT700概述

1   帶有eIQ^? Neutron NPU的多核架構

全新的i.MX RT700 CPU架構由高性能主計算子系統、以及“always-on”感知計算子系統和專用協處理器組成。主計算子系統使用運行頻率為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) 架構的高性能DSP 內核，每個指令周期最多可處理8 個32×16 MAC。它可用于分流對性能需求較高的信號處理任務，如音頻和圖像處理，并支持定點和浮點運算。

CM33用作通用執行平臺，在系統啟動時便可使用。它處理HiFi 4 DSP 以及其他協處理器和外部存儲器接口的初始啟動。低功耗感知計算子系統由另一個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用，能夠訪問為超低功耗運行而調整的選定數量的通用外設。

應用包括PDM麥克風接口的喚醒詞檢測、實時傳感器集線器和BLE 音頻處理。為了支持人工智能和機器學習模型加速，i.MX RT700 集成了eIQ^? Neutron NPU。eIQ^? Neutron是一種可擴展的硬件加速器架構，恩智浦專為人工智能和機器學習應用構建的多款產品均采用了該架構。

圖2 i.MX RT700結構框圖

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應用處理器中的N3-1024之間。該NPU已針對深度嵌入式、低功耗應用進行了調優，與通用處理器相比，可以實現172倍的性能提升，同時每次推理的功耗只有其119分之一。

eIQ機器學習軟件開發環境可為使用恩智浦eIQNeutron神經處理單元開發AL/ML應用提供支持。該工具集為開發人員提供了一個工作流程，幫助他們將TensorFlow Lite等常見機器學習框架的代碼轉換為可以在NPU上加速的同等計算圖。

圖3 eIQ Neutron NPU加速倍增器

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

EZH-V 中的RISC-V ISA 已實現了擴展：

●   添加硬件乘法和除法功能

●   添加浮點功能

●   添加位操作功能

●   提高了代碼密度

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

2   面向處理、圖形和存儲的復雜內存架構

i.MX RT700中的內存架構針對不同內部處理資源之間靈活、低爭用的互連進行了優化。一個7.5MB的大型SRAM陣列分為30個分區，每個分區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。大型內部存儲器可以快速訪問大型圖形幀緩沖區，并能夠連接到內置的硬件JPEG和PNG解碼器。

30個獨立的SRAM分區都可以單獨用于代碼或數據存儲，專用于CPU，或在各個內核之間共享。每個分區都可以獨立地置于低功耗保留模式或完全斷電狀態。

有兩個XCACHE模塊用作專用系統和代碼緩存，可由計算子系統主用CM33 核、HiFi 4、EZH-V和兩個eDMA外設實例訪問。這些緩存可以顯著提高訪問外部存儲器時的性能。HiFi 4有自己的本地緊耦合存儲器(TCM)以及本地指令/ 數據緩存，用于放置性能關鍵的DSP。

3   外部存儲器支持

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。已包含3 個xSPI外部存儲控制器，用于與四線和八線閃存連接。其中兩個xSPI實例支持與外部PSRAM連接的16位接口，用于添加非易失性存儲器。xSPI接口支持高達400 MHz DDR和200 MHz SDR傳輸。這樣可以為大型ML 模型、數據緩沖區和圖形資產添加大塊快速外部RAM。通過xSPI 控制器連接的外部存儲器可以通過系統內存映射進行訪問。代碼可以從外部連接的閃存就地執行(XIP)。xSPI 接口被緩存，以確保最高性能。

xSPI控制器內置了一個靈活的基于查找表(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 接口的閃存來啟動系統。有幾個選項可供選擇，包括將啟動代碼復制到內部SRAM或直接就地執行(XIP)。加密代碼可以在從外部閃存訪問時即時解密。

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

圖4 適用于可穿戴設備和個人健身應用

4   面向空間受限產品的封裝

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(FOWLP) 和256引腳6.025×6.025 mm、0.35mm間距的晶圓級芯片級(WLCSP)兩種封裝。這些封裝使設計人員能夠將i.MX RT700嵌入到空間受限的區域。

高性能、超低功耗和密集封裝技術能夠顯著提升可穿戴設備、個人健身設備、消費電子醫療設備和增強現實應用的性能和用戶體驗。

5   采用i.MX RT700的超低功耗、深度嵌入式設計

i.MX RT700代表著低功耗嵌入式處理技術的重大進步。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用，同時通過專用圖形加速器提供卓越的用戶體驗。

多核架構使設計人員能夠靈活地進行產品設計。i.MX RT700組合了通用內核與高性能DSP 以及強大的NPU，能夠實現嵌入式產品差異化。

（本文來源于《EEPW》202411）