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专为工业4.0应用设计,STM32MP25x MPU到底有何不同?

Felix分析 来源:电子发烧友 作者:吴子鹏 2024-07-23 00:07 次阅读

电子发烧友网报道(文/吴子鹏)面对日益复杂和数据量庞大的应用场景,尤其是在高级边缘计算场景里,MCU在计算能力上已经面临瓶颈,具备更高计算能力和集成性的MPU成为更好的选择。根据《‌2021-2025年中国微处理器(MPU)行业市场供需现状及发展趋势预测报告》,预计到2025年全球MPU市场规模为1200亿美元,2021年-2025年期间的‌年复合增长率为6.4%。


在2024慕尼黑上海电子展上,电子发烧友网记者在意法半导体(ST)展台上深入了解了该公司STM32MP25x MPU,以及基于STM32MP25x MPU打造的工业互联和机器视觉应用。意法半导体(中国)通用处理器市场经理杜铭表示,STM32MP25x MPU提供高性价比的计算性能和增强的连接功能,该器件支持TSN(时间敏感网络),是下一代工业以太网的必然选择,解决了传统实时以太网在信息同步、带宽和延迟方面的不足,将重新定义工业4.0和高级边缘计算等应用设计。

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意法半导体中国区微控制器、数字 IC射频产品部市场经理

提供灵活且高能效的计算性能

STM32MP25x MPU适用于工业和工厂自动化、智能家居、智慧城市和基础设施等广泛的高度互连应用,这些场景有着非常强烈的边缘计算需求。通过在边缘端进行算力部署,可以让部分AI任务处理在边缘端完成,降低了网络传输的负担和延迟。

据介绍,STM32MP25x MPU支持双或单Arm® Cortex®-A35内核,频率高达1.5 GHz;内部集成Arm® Cortex®-M33 MCU,频率可达400 MHz;具有NPU加速器,并能灵活地在CPUGPU或NPU上运行AI应用,NPU算力为1.35 TOPS。

杜铭指出,选择Arm® Cortex®-A35内核是意法半导体在综合评估Arm® Cortex®-A35、Arm® Cortex®-A53和Arm® Cortex®-A55之后做出的选择,这颗内核兼具性能和低功耗,是高能效的代表。因此,STM32MP25x MPU是高性能、高能效和高性价比之选。同时,STM32MP25x MPU将内核最高主频设置在1.5 GHz,用户并不需要主动散热就可以实现高级边缘计算应用,在PCB设计上节约了很大的成本。

STM32MP25x MPU也是一款非常灵活的MPU,打破了传统MPU里MCU作为协处理器的常规,以“大小核”这种异构双核的设计让系统启动非常灵活,并进一步降低了器件在实际运行过程中的功耗。在主启动核方面,用户可以在Arm® Cortex®-A35和Arm® Cortex®-M33上自由选择和分配,让M核在实时处理和A核在数据计算方面各司其职,并能够进行灵活的搭配。

杜铭介绍说,意法半导体在设计STM32MP25x MPU时,在电源域方面进行了重新配置,对Arm® Cortex®-A35和Arm® Cortex®-M33内核分别独立供电,以支持它们分别独立启动。为此,意法半导体提供专用于STM32MP25x MPU的电源管理的STPMIC25,以帮助用户实现低功耗与高效率。

STM32MP25x MPU在AI应用支持方面也是非常灵活的。作为带有NPU的64位MPU,Arm® Cortex®-A35内核可运行基于LinuxAndroid应用,Arm® Cortex®-M33内核可运行基于裸机或RTOS的实时应用。同时,面向AI应用,用户可以灵活选择在CPU、GPU或NPU上部署AI。比如,在多媒体应用上,通过基于VPU的视频编解码技术和由GPU驱动的全高清图形界面,可以提升多媒体体验。

杜铭强调,在AI应用的开发上,ST Edge AI生态系统能够给用户提供非常大的助力。即便是没有AI应用开发经验的用户,通过NanoEdge AI Studio工具,也能够基于意法半导体工程师和专家开发的算法很快构建应用,比如为驱动层的变频器、伺服等设备提供的方案自带机器学习功能;对于有经验的用户,借助STM32Cube.AI开发者云Board Farm,即使手上没有STM32MP257F-EV1评估板,也能够看到所开发的神经网络基于STM32MP257F-EV1评估板运行的情况。

提供领先的安全和连接性能

除了兼顾性能、功耗和灵活性,STM32MP25x MPU在安全性和连接性方面的能力也非常突出。

据悉,STM32MP25x MPU通过了SESIP三级以及PSA一级目标认证,内置强大的安全加密硬件,可以实现存储器和外设保护,防止非法访问与控制。杜铭表示,用户可以借助Arm® Cortex®-A35和Arm® Cortex®-M33自带的TrustZone®技术创建边缘加密计算的安全隔离,以防止入侵。同时,也可以借助意法半导体安全配置生态系统,进一步提升方案的安全性。

此外,STM32MP25x MPU也是高度集成的器件,能够为工业4.0应用提供充足的接口资源。比如,为支持高级边缘计算的互连应用扩展,STM32MP25x MPU提供3个千兆以太网端口(内置双端口交换机、支持TSN)、PCIe、USB3、LVDS、DSI和并行显示接口,以及内置图像信号处理器 (ISP)‌的摄像头接口(CSI、并行)等。

杜铭在介绍demo时提到,“STM32MP25x MPU内置TSN交换机功能的多路千兆以太网可以实现以太网环形拓扑,一个摄像头捕捉画面之后,可以在多个屏幕上同步实时的画面,且没有任何延迟和卡顿。通过时钟同步、数据整形、流量整形等协议组合,TSN让以太网应用具备了高带宽、低延时的绝佳性能。STM32MP25x MPU内置TSN硬件IP,配合意法半导体软件生态提供的TSN在linux中的扩展包,用户可以获取到一套完整的TSN解决方案。”

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基于STM32MP25x MPU的demo演示


“当前,在工业自动化场景中,Ether CAT是主流的以太网协议。TSN能够让Ether CAT发挥出更强的性能,随着用户在高级边缘计算方面的需求提升,像无人驾驶的物流小车,以及工业以太网总线等应用将逐步升级到TSN。”杜铭说。

此外,STM32MP25x MPU的高集成度还体现在,该器件针对多媒体/AI提供丰富的硬件接口和硬件加速功能,并提供大量的控制定时器。比如,STM32MP25x MPU提供全高清视频通路,带LVDS和DSI接口,提供带Lite-ISP的MIPI CSI-2摄像头接口,等等。

总结而言,STM32MP25x MPU是一款高性能、高集成、高能效、高安全的MPU产品。对于产品定位,杜铭强调,“STM32MP25x MPU是通用的器件,面向运动控制器、中型PLC和工业HMI网关等工业应用,这款产品是广泛适用的。相较于上一代STM32MP1系列MPU,STM32MP25x MPU带来了更强的性能、更高的集成度和更灵活的应用扩展,这是意法半导体升级MPU产品的大方向。此外,STM32MP25x MPU仍将受益于STM32强大的生态系统,用户可以轻松获取到完备而健全的资源支持,以显著提升开发效率。”

结语

很明显,STM32MP25x MPU瞄准的是工业4.0里的下一代高级边缘计算应用创新。作为一款通用MPU,该系列器件带来了灵活且高能效的计算性能,提供充足的片上资源支持,再借助意法半导体强大的生态系统资源,用户可以轻松进入边缘智能的核心市场。

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