物联网的不断扩展，推动了新一轮大规模的智能化升级浪潮。智能化正在从云端向具有机器学习（ML）能力的边缘设备转移，这些设备能够在本地处理传感器数据流，与基于云的AI系统相比，延迟更低，安全性更高，提供更好的用户隐私保护。为了将边缘设备从单纯的数据采集转换为具有自主操作能力的边缘智能，开发人员需要具有多核性能并内置加速器的新型低功耗微控制器（MCU）来执行ML任务，同时最小化功耗预算以保持节能的系统设计。
面向未来的边缘智能，恩智浦最近发布了MCX产品组合，该平台可提供可扩展性能、并行性、安全性、高能效和丰富外设，针对广泛的物联网、边缘ML和工业应用场景进行了优化。MCX产品组合结合了恩智浦LPC和Kinetis MCU系列的DNA，为智能互联设备重新定义下一代通用MCU。
在MCX产品组合下，恩智浦首先推出的是MCX N高性能系列，专为安全、智能的边缘应用而设计。N系列中首先登场的是MCX N94x和MCX N54x MCU系列，具有高效的多核架构、内置EdgeLock®安全子系统和用于实时推理的专用内置神经处理单元（NPU）。MCX N94x系列适用于工业应用，具有更广泛的模拟和电机控制外设，而MCX N54x系列针对消费和物联网应用，集成了众多外设，包括带PHY的高速USB，SD和智能卡接口等。
150MHz的MCU能带来什么？答案远超想象
使用低功耗的150MHz MCU实现多任务处理性能、高级神经网络和ML功能听起来似乎非常困难，但MCX N94x和MCX N54x并不是普通的MCU，而是多核设计和丰富外设的伟大结晶。
MCX N94x和MCX N54x基于高性能双核Arm® Cortex®-M33，运行频率高达150 MHz，片内集成高达2MB的闪存，可配置的带ECC检测的RAM、智能DMA、DSP协处理器、安全子系统和恩智浦设计的一体化NPU。开发人员可以使用这些内核和加速器的任意组合来完成具体任务，而无需提高MCU的时钟速度或增加功耗。
MCX N94x框图
片内多种加速器使MCX N系列MCU能够以低功耗预算高效地处理多个复杂任务，同时保证系统的安全性。多核设计通过智能、高效地将工作负载分配到模拟和数字外设，提高了系统性能并降低了功耗。因此，MCU的工作电流消耗小于45μA/MHz，如果启用实时时钟（RTC）和保持8KB SRAM，掉电模式下消耗的电流不到2.5μA，如果在启用RTC和8KB SRAM的深度掉电模式下，消耗的电流不到1μA。
双核架构将功能全面的Cortex-M33内核与M33从核相结合来管理控制功能，使开发人员能够并行运行应用程序，或根据需要关闭单个内核来降低总体功耗。例如，在物联网设备的安全无线（OTA）更新期间，主M33内核可以处理系统安全，而第二个从核执行控制功能。
随着MCX N系列发布，恩智浦自主研发的NPU初次亮相，以实现边缘的高性能和低功耗智能。与只使用CPU内核相比，内置NPU的ML吞吐量提高了30倍。
NPU的相对加速度
如此的ML性能表现在MCU领域堪称顶级，使得TinyML在资源和功率受限的边缘设备上展现超凡的算力。突破性能边界，畅想如下的应用可能，例如实现复杂的深度学习模型、为门禁控制添加人脸和语音识别功能、为家庭安全系统创建电池供电的玻璃破碎探测器、为电机控制预测维护开发振动传感器和设计配备生物传感器的智能可穿戴设备等等。
设计灵活安全
MCX N系列具有丰富的外设，就像开发人员的百宝箱。高精度混合信号模拟外设具备更强的自主性，可以减少CPU中断并节省电力。例如，ADC具备智能化设计，可以持续收集数据并在本地对存储的数据进行分配。MCU的两个16位ADC都可以用作两个单端输入ADC（有效地用作四个ADC）或用作单个差分输入ADC。
工业级通信外设包括以太网、CAN-FD、BLDC/PMSM电机控制支持、高速和全速USB以及内置传感器接口（MIPI-I3C、I2C、UART和SPI）。为了提高灵活性，恩智浦的低功耗Flexcomm接口允许十个串行外设（包括SPI、UART和I2C）任意组合。
MCX N系列MCU遵循恩智浦设计确保安全方案构建，集成了EdgeLock®安全子系统，可以安全启动不可变的信任根、实现硬件加速加密、主动和被动入侵检测以及电压和温度篡改检测。这种一流的安全架构为现场更新和在线传输提供支持，并防止远程原始设计制造商（ODM）过度生产。
MCUXpresso和eIQ®软件快速入门
为了帮助简化和加速系统开发，MCX N系列MCU由恩智浦广受欢迎的MCUXpresso软件套件（包括用于简单设备配置和安全编程的工具）支持。开发人员可以选择使用功能全面的MCUXpresso IDE或IAR和Keil的IDE。恩智浦为驱动程序和中间件提供了大量示例并支持一系列RTOS选项，恩智浦的合作伙伴生态体系也提供了一系列兼容中间件，这样可以实现大量应用程序的快速开发。恩智浦的eIQ®ML软件开发环境还提供了易于使用的工具来训练和支持运行在内置NPU上的ML模型。
进一步探索MCX N系列
MCX N系列为具备低功耗、高性能要求的边缘人工智能提供了新的可能性。详细了解MCX N94x和MCX N54 MCU，或联系恩智浦全球销售人员。
作者：
CK Phua
微控制器产品经理
CK于1993年加入飞利浦半导体公司，曾担任质量、应用工程、产品工程和技术营销等多个职位。继飞利浦之后，CK在2012年加入飞思卡尔，飞思卡尔合并后加入恩智浦。CK现任边缘处理业务部微控制器的产品经理。