基于 Arm 内核和 DSP 内核的微控制器系统介绍

作为行业前十的半导体公司，恩智浦为智能手表提供了多种芯片组合。在市面上多代手表和手环上都已经成功量产了 NFC 读卡芯片、安全加密芯片、电源管理芯片和 WIFI、蓝牙芯片。随着最新的跨界微控制器 i.MX RT500 的推出，在主控制器上也有了新的突破。

智能手表系统框图

i.MX RT500 瞄准智能运动手表的几大痛点，例如：

更炫的显示特性

更高性能的内存

DSP 实现音频播放功能

更多高性能外设

以及和蓝牙配合实现语音通话功能等。

接下来针对这些功能特点逐一介绍：

i.MX RT500 使用了 28nm FD-SOI 耗尽型绝缘硅工艺的产品。

FD-SOI 的优势在于在提升处理器主频性能的同时，尽可能控制功耗。在半导体技术中，高性能和低功耗是很难兼得的。FD-SOI 通过特殊工艺，实现较完美的平衡。

在 i.MX RT500 里有两个主要的处理单元：一个 200MHz 的 Cortex M33，一个 200MHz 的 Cadence Fusion DSP。

Arm 内核大家都很熟悉，这里介绍一下 Fusion DSP。

Fusion DSP 是 Cadence Tensilica 家族的 DSP，Fusion DSP 是针对低功耗 Sensor Fusion 等应用设计的。在 Tensilica 家族里还有诸如 HIFI 4 DSP，它是更高性能的 DSP，在恩智浦的另一款 RT 的产品（i.MX RT600）中用到了它。

在 i.MX RT500 里，集成了多达 5MB 的 SRAM。

除了处理单元外，存储器架构对芯片的性能也有很大影响。

通常来说，大 SRAM 是非常耗电的。但在 i.MX RT500 里，即使这么大的 RAM，通过恩智浦工程师对电路结构的改良，也可以做到较低的功耗。

当然，大 RAM 更重要的好处在于，设计人员可以省去外部静态和动态 RAM，能在 i.MX RT500 内部存储器上预存较多的图形文件，实现高性能的图形显示界面。

在图形显示接口方面，i.MX RT500 支持 MIPI-DSI。

MIPI-DSI 接口需要较少的引脚数目，在连接器体积和布线难度上都具有优势，而广泛应用于手机和手表屏幕，是智能手表的主流选择。

此外，在 i.MX RT500 里还集成了 2.5D 的 GPU 加速单元。

GPU 加速单元的好处是能提供更炫的显示效果，并更高效地完成诸如图形缩放、旋转、倾斜、图层叠加、混合等显示效果。

i.MX RT500 智能手表案例

对于智能手表，i.MX RT500 可以被用于两种不同的系统框架。

第一种是把 i.MX RT500 当作主控芯片。

这种系统对应了典型的运动手表。i.MX RT500 的主要特点是在低功耗的情况下，用 MIPI-DSI 驱动彩屏、通过 DMIC 处理语音信号、通过 I2S 或者 PCM 驱动声音输出；如果内部 5MB RAM 不够的话，可外扩 PSRAM 提升系统整体性能；与 i.MX RT500 连接的蓝牙等无线连接，也可以用于从智能手机接收信号，并尽量把手机上的功能下沉到 i.MX RT500 来执行。

第二种是把 i.MX RT500 当作 Sensor Fusion 协处理器。

在这种系统中，通常手机芯片作为主控芯片，驱动显示器和无线连接。i.MX RT500 的主要职责是管理传感器、麦克风、扬声器，并尽可能将应用处理器处于低功耗或者关闭模式，以延长电池使用时间。

恩智浦已与多家软硬件合作伙伴一起，为 i.MX RT500 提供广泛支持，包括无线连接，外扩存储器配置，软件算法语音前端、关键字唤醒，以及图形化 GUI。

i.MX RT500 GPU 支持矢量、标量、图像的渲染，支持显示屏接口和 MIPI-DSI 接口，高达 5MB 的内存可以作为显示内存或输出缓冲使用，在 400*400 像素，24 位色的 MIPI 屏上，平均渲染速度可以达到 50FPS。

NXP 提供 OpenVG 标准兼容的 API 接口 Vglite 和 16 个 GPU 例程供用户参考。从手表的应用为例，GPU 对手表的指针旋转，表盘缩放，背景变化，主题切换等效果，都能达到很好的性能。

在高性能 MCU 上实现更炫的彩屏显示也是智能手表的痛点之一。除了恩智浦自身支持的 FreeRTOS，和 emWin、LittleVGL 等 GUI 外，恩智浦也已经和国内外一些主流的第三方 RTOS 和 GUI 公司合作，提供针对表盘的图形方案，如 Micro-EJ，Embedded Wizard，以及国内的 AWTK 和 RT Thread 的柿饼 UI 等。

作为一款基于 Arm 内核和 DSP 内核的微控制器，开发人员可以使用恩智浦免费的 MCUXpresso、第三方 IAR 或者 KEIL 工具进行 Arm 相关的开发；Cadence 也提供 Xtensa Xplorer，作为对 Fusion DSP 的开发工具。
责任编辑:pj