i.MX RT处理器：取MCU和MPU两者之长实现“跨界融合”

一直以来，MCU和MPU凭借自身优势在嵌入式领域各自为营，互不干涉。MCU集成了片上外围器件，应用于对成本、灵活度要求高的应用场景，支持RTOS等开源实时操作系统，而MPU不带外围器件，支持Linux、安卓等操纵系统，常见于手机、平板等应用中。随着万物联网时代加速到来，物联网设备数量呈现爆发式增长态势，它们一般体积较小，对功耗要求严苛，设计厂商希望在不牺牲功耗和成本的前提下增加更多功能。因此嵌入式工程师在MCU和MPU之间进行选择时处于两难境地：如果使用MCU就难以达到MPU的性能和集成度，如果选择MPU，性能达标，但物料成本上升。如何将两者的优势综合体现？这成为MCU厂商和MPU厂商都在全力解决的问题。

从整体发展趋势来看，MPU的价格和功耗已经越来越接近传统的MCU，同时MCU的性能也在不断提高，现在主频能做到300MHz、400MHz，有内置闪存，性能已经非常接近MPU。MCU和MPU在性能和价格上越来越靠近，两者的主要区别是在软件开发和系统设计上，MPU运行操作系统，如安卓和Linux，MCU往往不运行操作系统，或运行实时操作系统。恩智浦资深副总裁兼微控制器业务线总经理Geoff Lees认为，"智能互联世界的发展应当由创新推动，不应受限于MCU和MPU之间的选择。嵌入式产品设计师应能够自由选择最能为其设计带来创新的处理器，而不是让处理器的选择限制了其产品设计中可能实现的创新。在MCU和应用处理器之间灵活扩展是可行的，但需要采用一类新的跨界嵌入式处理器来打破高端MCU和低端应用处理器之间的技术鸿沟，由此可见，将MCU和MPU进行融合推出跨界处理器势在必行。"

i.MX RT：集MCU和MPU的优势于一体
为了满足嵌入式领域的创新需求，恩智浦推出了i.MX RT系列跨界处理器，它结合了高性能和实时功能，支持下一代物联网应用，具有与MCU级可用性相平衡的高度集成和安全性，且价格实惠。通过跨界整合，i.MX RT处理器的优势很明显：第一高性能，采用ARM Cortex-M7，主频高达600MHz，配备高达512KB的紧耦合内存，中断延迟低至20nm，可以使满足目前用户点一下按键就要快速做出反应的需求；第二高集成度，集成了2D图形加速引擎、并行相机传感器接口、LCD显示控制器和3个I2S，适用于GUI和增强版HMI的高级多媒体；第三低功耗，集成直流-直流转换器，实现业内最低动态功耗；第四使用简便，采用了MCU的应用架构，MCU客户可以利用现有的工具链，如MXUXpresso、IAR、Keil，快速开发和制作原型，而不用再学习Linux、安卓，从而节省设计时间；第五低成本，10K的转售价格不到3美元。

关于主频速度，恩智浦副总裁兼LPC和低功耗微控制器产品线总经理于修杰强调，"目前，市面上其它产品只能做到400MHz，而i.MX RT处理器可以做到600MHz，性能高出任何其他Cortex-M7产品50%以上，高出普通市场Cortex-A5产品100%以上，速度是现有Cortex-M4产品的2.5倍。"

关于技术优势，恩智浦公司的业务比较全面，既有MCU产品线又有MPU产品线，因此在新型嵌入式处理器产品的研发上具有得天独厚的优势。我们的工程师也不只做一项技术，而是从客户的整个系统出发，做出很多不同的特殊产品，让客户有更宽的选择范围。

选择i.MX6成熟架构，应用于更多的IoT市场
在i.MX RT处理器之前，恩智浦已经开发了i.MX6系列、i.MX7系列和i.MX8系列产品，i.MX RT系列处理器就是基于i.MX6架构开发的。用户可能会问：三个系列里为什么选择了i.MX6的架构？于修杰解释，"i.MX6系列采用很成熟的40纳米制造工艺，且产品线非常丰富，市面上的在售产品已经达到11个，用户接受度最高，里面的各种IP也非常成熟，因此基于i.MX6架构来设计会使得i.MX RT系列的产品质量得到保障。从产品的性能和应用场景来讲，i.MX RT和i.MX6系列的低端产品比较接近，i.MX7和i.MX8系列的应用更偏高端。"

讲到ARM的内核，笔者了解到最近ARM公司将Cortex-M3纳入了Designstart项目，免去预授权费，这是否意味着有更多新型公司加入IoT市场？恩智浦是否会面临更大的竞争压力？于修杰表示，"我觉得整个的IoT市场非常大，所以会有更多的厂商加入进来，并一起把市场做大，产品和应用更加丰富，这对我们来讲也是一件好事。我们每年的成长率和中国市场差不多，可以看出市场本身还在长，一直有新的应用出现，而且现在IoT的应用已经开始扩展，如单车共享，共享充电宝等，很多新东西是我们以前想不到的，我们会尽量支持和帮忙这些客户实现他们的想法，说不定这就是下一个很大的应用领域。"

去除片内闪存，有效控制成本
在理想环境中，当可执行代码和数据被存储在片内SRAM中，并从此存储中执行CPU内核操作时，嵌入式处理器的性能达到最高。即便在片内SRAM中，也只有"紧耦合内存"(TCM) 能够为内核提供单周期访问。对TCM以外任何存储器的访问都会增加所需的CPU时钟周期，从2级缓存到片内闪存再到外部闪存的访问损耗越来越大。因此，只有由高密度片内SRAM配置而成的TCM才能提供理论上最高的性能。于修杰指出，"i.MX RT处理器配置了512KB的紧耦合内存（TCM），同时将成本较高的Flash外置，这样设计者可以根据需要自由配置Flash大小，如果应用比较复杂功能多，可以配置大的Flash，如果应用简单功能少，可以配置小的Flash，从而避免了以前Flash内置无法自由配置的缺陷，用户可以有效控制成本。"