详解i.MX 8ULP应用处理器：高能效、低功耗的秘诀是什么？

 

现代世界正逐渐采用更自然的人机界面 (HMI)。我们不仅可以与智能音箱交谈，还可以在纸张般的电子阅读器上阅读。电子产品已成为我们的数字伙伴，而不再是被电源插座限制的系统。

 

 

实现这场变革，需要多核处理器来处理语音命令、音频播放、图形显示以及系统控制等各种任务。电源管理和信息安全方面的创新使这些芯片能够始终保持工作，按需提供交互，同时大幅度降低能耗。

 

i.MX 8ULP处理器的创新灵活电源架构

 

恩智浦利用i.MX 8ULP应用处理器实现这些创新。该芯片通过将功能分配到不同的电源岛上，实现精细的电源管理。每个岛可以按需降低运行速度和电压，完全关闭或完全打开，从而节省电力。处理器中最耗电的部分是CPU。为了让系统在休眠时节省电力，同时保证系统的响应性，i.MX 8ULP处理器首创了一种机制，能将外围功能的控制从高性能的应用CPU转给低功耗的控制CPU。

 

重要的是，i.MX 8ULP处理器能够随时智能地决定芯片的哪些部分处于休眠状态，哪些部分处于完全唤醒或半唤醒的状态。恩智浦通过提供软件来控制电源管理，为开发人员提供多种电源管理程序，以便按需调整。他们还可以自己创建、编写软件来监测系统状态，调整每个“岛”的频率和电压。

 

i.MX 8ULP处理器的嵌入式安全

 

要保障智能设备和连接应用的安全，必须依靠具备内置安全性的硬件。i.MX 8ULP处理器内置恩智浦EdgeLock安全区域，EdgeLock安全区域是一个专注于信息安全的单元，与SoC的其他部分物理隔离，拥有独立的CPU、ROM和RAM。

 

EdgeLock安全区域为安全关键的功能提供了可信执行环境，包括i.MX 8ULP处理器的完整性保护、用户数据的保密性和安全连接。特别是，EdgeLock安全区域是满足NIST 8425标准和获得即将推出的U.S. Cyber Trust Mark (针对连接的消费者产品) 或支持IEC62443标准 (针对工业控制和自动化系统) 的主要途径。EdgeLock安全区域电池供电的安全模块还能实现防篡改和零化等功能，以应对安全违规事件，从而支持包括销售终端等多种应用场景。

 

此外，i.MX 8ULP处理器还为OEM提供了符合区域要求的加密配置，可直接使用。结合恩智浦EdgeLock 2GO密钥管理服务，制造商还可以在不可信的工厂、现场或无线安全地为基于i.MX 8ULP处理器的产品提供凭证。这样就在嵌入式EdgeLock安全区域和EdgeLock 2GO云平台间建立了端到端的安全连接。i.MX 8ULP处理器也是恩智浦EdgeLock保障计划的一部分，并已通过PSA和SESIP信息安全二级认证，加速了安全标准和法规合规验证。

 

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i.MX 8ULP处理器一览

 

对于响应语音命令的系统，i.MX 8ULP处理器集成了Cadence Tensilica Fusion DSP，以及数字麦克风输入和I²S端口。超低功耗Fusion DSP与高能效Arm Cortex-M33F CPU一起在i.MX 8ULP处理器的实时域中运行，如框图所示。大容量片上存储器使DSP和CPU无需启动外部芯片即可工作。这些内核处于激活状态时，芯片的其余部分也可以关闭电源。例如，它们可以监听唤醒词，只有在听到唤醒词后才激活芯片的其余部分。

 

 

i.MX 8ULP应用处理器的框图

 

除了在芯片的其余部分休眠时运行外，实时域 (顾名思义) 还负责处理时间关键的任务。为了实现这一点，它还包括定时器和一组丰富的低速 I/O，用于控制系统的其他部分。

 

i.MX 8ULP处理器的应用域则运行主要的软件。应用域的核心是最多两个64位的Arm Cortex-A35 CPU。这些高能效的内核运行Linux或Android等适应性强的操作系统，可以驱动从手机到中央控制器等各种设备。为了配合CPU，应用域还包含快速的I/O控制器。SDIO接口可以连接到恩智浦IW416双频三路解决方案等外设。这提供了2.4GHz和5GHz的Wi-Fi、蓝牙和Thread无线通讯，使其非常适合连接到从Matter智能家居网络到企业局域网等各种系统。

 

flex域负责多媒体和图形功能，包括功能齐全的GPU和Cadence Tensilica HiFi4 DSP。虽然GPU通常与功耗较高的PC、智能手机和游戏机有关，但恩智浦在i.MX 8ULP芯片中内置了节能的GPU。该GPU体现了i.MX 8ULP处理器的电源管理理念，可以按需启动3D电路，其他时候只使用2D引擎，以节省电力，同时保持屏幕更新。

 

即使对于微型智能音箱，HiFi4 DSP也能提供震撼的低音和清脆的高音，运行空间音频算法，使小型设备能够提供沉浸式音频体验。HiFi4的作用不仅限于播放，还可以在捕获音频时处理从麦克风阵列录制的声音，从背景噪音中分离出语音。开发人员还可以利用HiFi4实现AI功能，继续Fusion DSP的工作，运行神经网络来识别语音。

 

除了这些处理单元，flex域还包括音频、摄像头和显示接口。对于需要实现电子墨水显示效果的系统，i.MX 8ULP处理器集成了电泳显示控制器 (EPDC)，用于驱动电子墨水屏 (E Ink) 面板。对于需要彩色、交互式屏幕的系统，可以使用处理器的其他接口。

 

i.MX 8ULP适用于家庭和工业系统

 

i.MX 8ULP处理器具有先进的电源管理和安全特性，能够作为各种系统类型的核心和智能枢纽。想象一下，使用电池供电的医疗可穿戴设备具有语音功能，其中低功耗是非常关键的。使用小型电池时，这些设计可以利用8ULP处理器的DSP和音频接口，以及无线芯片和E Ink控制器的接口。物流标签或智能货架标签等应用也类似，但不需要音频功能。这些设计还可以关闭DSP和音频接口，以优化功耗。

 

智能恒温器的运行方式则完全不同。它只依赖i.MX 8ULP处理器的实时域和GPU的2D模式，不断监测温度，并定期更新LCD面板，显示当前的温度、设置和时间。每十分钟，应用域会短暂唤醒，将数据发送到基于云的服务，以便电力公司和房主能够监控和管理家庭。房主偶尔会使用流畅的触摸屏界面与它交互；在这些时候，3D GPU和应用CPU会启动。在家中其他地方，长时间使用电池供电的智能电表不需要运行交互式应用或显示器，但仍会收集能耗数据并定期传输。这样的设计可以利用i.MX 8ULP处理器的低功耗和连接无线芯片的能力。

 

   

语音控制的智能恒温器实现低功耗的持续温度监测

 

这些系统虽然简单，但用户的响应必须是即时的才能带来更佳体验。它们必须看起来一直在工作，即使在节能状态下也是如此。i.MX 8ULP处理器能够将实时域从低频运行切换到全速运行，唤醒应用域并在域之间转移控制，帮助系统节省电力，不错过任何节拍。半秒钟的反应时间都可能太慢了。例如，具有语音控制功能的智能手表一直处于开启状态，监听能够激活它们的特殊词语。i.MX 8ULP处理器实时域中的Fusion DSP可以处理这个监听功能，而芯片的其余部分则处于休眠状态。HiFi4 DSP只在音乐播放时激活，处理音乐，使得小型音箱也能让厨房听起来像音乐厅。

 

现在就开始使用i.MX 8ULP

 

i.MX 8ULP处理器提升了开发人员的计算和多媒体能力，能耗不受影响。恩智浦在i.MX 8ULP处理器上提供更多功能，提高应用性能，增加DSP来处理音频和执行AI功能，提供软件定义的电源管理，并将安全性提升到了新的水平。

 

i.MX 8ULP处理器现已上市。如需了解更多产品信息，请访问恩智浦网站的i.MX 8ULP处理器页面>>

     

 

本文作者

Gayathri Easwaran是恩智浦半导体SCE产品市场总监，工作地点在美国德克萨斯州奥斯汀。她拥有圣路易斯华盛顿大学的电气工程硕士学位，同时也是ACT!ON (恩智浦亚洲文化团队) 的负责人。她热衷于寻找差异化的解决方案，为客户提供支持。在空闲时间，她喜欢制作各种主题的播客。

 

 

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