人工智能時代,智能終端的出現意味著簡單的順序控制/處理已經無法滿足用戶需求,人機交互(HMI)的剛性需求需要更強大的系統性能,并運行復雜的應用程序。在這樣的情況下,即便是已經支持 RTOS(實時操作系統)的高性能MCU(微控制器)同樣力有不逮,MPU(微處理器)成為最理想選擇。MPU能夠支持用戶開發具有復雜交互功能的應用,并讓設備擁有廣連接和云服務等功能。
聚焦到消費類應用領域,產品設計除了要兼顧人機交互的大趨勢,同時也要考慮到該領域的原有特點,比如需求多樣化、更新迭代快等。要解決這些難題,借助貿澤電子上銷售的MPU開發套件,可以快速打造自己想要的消費類終端。接下來,我們對上述觀點進行展開說明。
人機交互必不可少
近幾年,5G、人工智能等新興技術給傳統行業帶來了翻天覆地的變化,對于消費類終端同樣如此。在技術的創新推動下,當前的消費類終端已經不再是僅具備影音娛樂功能的“呆板”設備,簡單具備影音娛樂功能,人機交互成為必不可少的產品功能。
從定義上看,人機交互是指人與計算機之間使用某種對話語言,以一定的交互方式,為完成確定任務的人與計算機之間的信息交換過程。在面向用戶一側,人機交互要求系統具備相應的操作界面,用戶可以通過此界面和設備進行交流,并隨時給出新的操作指令。
有產業人士公開表示,信息傳播從口口相傳到書藏典籍,再到如今的顯示界面,互聯網技術的快速發展讓信息傳遞有了巨大的進步。當前,面對爆炸性增長的信息和應用,如果依然只是被動式接受,用戶根本無法、也沒有精力根據需求進行挑選。
人機交互可以大幅提升人從機器獲取信息、選擇應用的效率,讓機器更好地理解來自人類的需求。就以服務機器人為例,需要具備宣傳和導航功能,還要能夠提供咨詢、講解,甚至是互動娛樂功能,以此帶來更好的使用體驗。
消費電子的自有規律
在消費電子領域,終端設備一方面要沿著智能化的路徑繼續發展,比如增加必要的人機交互功能,同時項目開發也需要結合消費電子本身的規律。
首先是消費電子更新迭代快,并不像工業制品和汽車等幾年才換代一次,消費電子為保持產品競爭力,幾乎每12-18個月就換代一次。對于廠商而言,如果要保持自家產品的競爭力,不僅需要更精細的成本控制,更快速的生產效率,同時研發新產品的速度也要跟得上。
其次是消費類應用愈發強調能效問題,低功耗是設計的開端和前提。隨著計算機技術和微電子技術的迅速發展,嵌入式系統在包括消費電子在內的應用領域存在感十足,為了保障系統續航,并順應節能減排的大趨勢,嵌入式系統從芯片設計和系統設計兩個方面出發實現低功耗設計,讓產品在電池容量限制下擁有更長久的高性能表現。
第三點是當前消費類終端需要具備廣泛的連接的能力,以應對多樣化的通信和接口協議。縱覽我們身邊的消費類應用,無論是智能影音設備,還是可穿戴設備,幾乎全都具備多項對外連接能力,比如WiFi、藍牙、千兆以太網和USB接口等,同時為了擴展設備的顯示能力,很多終端還配備了多樣化的顯示接口,比如HDMI。
第四點是消費電子要具備系統級的智能化,來實現復雜的應用設計。這一點大家也都感同身受,現在的終端不再只是簡單的屏幕參數顯示和按鍵調節,需要有各種的應用程序。因此,開發者需要借助安卓或者Linux等操作系統,豐富終端設備的應用生態。
第五點是消費類應用對于信息安全保護,以及系統穩定運營要求越來越高。在云服務、廣連接的推動下,終端設備的功能不再局限于設備本身,在這個過程中,對于云配置、安全通信、證書管理、系統彈性、機密存儲等方面,需要系統全面的安全措施,同時固件本身的保護也不能松懈。
上述幾大特征綜合起來,讓今天的消費類應用開發充滿挑戰,稍有耽擱就可能延誤商機,最終推向市場的產品已經不能滿足最新出現的用戶需求。
MPU大有可為
正如文章開頭所提到的,基于MPU的開發套件可以幫助用戶快速開發、設計出具備人機交互功能的消費類應用。從當前的產品屬性來看,MPU可以分為兩大陣營,一類是傳統的MPU,另一類是跨界MPU。
傳統MPU在核心方面和MCU有著較為明顯的分界線,前者更多是采用Arm Cortex-A系列核心或者ARM9核心打造,具備豐富的外設接口。為了方便開發者從MCU過渡到MPU,通常采用系統級模塊 (SOM) 或系統級封裝 (SiP) 解決方案,來消除高速PCB設計的復雜性。
跨界類型的MPU是將Arm Cortex-A系列核心作為主處理器,另外還會搭載Arm Cortex-M系列核心作為協處理器。這樣做的好處是,能夠在保持低功耗和實時性能的同時借助開源軟件堆棧的能力,并保留傳統MPU在攝像頭輸入、顯示輸出、USB等方面豐富的外設資源。
不難發現,跨界MPU已經打破了高端MCU和低端MPU之間的界限,進而實現了MPU和MCU的“有機融合”,既保留傳統MCU的實時性和控制力,又在性能上達到了MPU級別,讓用戶在開發一些特定應用方案時,不需要在實時控制和性能上做妥協。因此,跨界MPU成為新的發展趨勢。
以上,我們從市場需求和產品發展的角度談到了跨界MPU的優越性和必要性,接下來我們從具體的產品方面來看一下跨界MPU的性能表現,以及在產品應用方面的一些挑戰。
貿澤電子在售的來自制造商STMicroelectronics(ST)的STM32MP1系列便是典型的跨界MPU,基于Arm的32位單或雙核Cortex-A7和32位Cortex-M4打造,工作頻率高達800MHz,為高級HMI開發提供可選的3D圖形處理單元(GPU)。在軟件支持方面,STM32MP1系列MPU既可受益于STM32系列生態系統經過驗證的軟件、工具和技術支持,又能夠支持主流的開源 Linux 發行版——OpenSTLinux。
從特征參數上看,跨界MPU無疑是極具魅力的,但正如ST在其官方微信推文中所講,在使用MPU做產品設計時,要兼顧軟件、硬件、PCB等多方資源,還要考慮MCU遷移和市場規律。并且,ST告誡廣大工程師朋友不要延遲產品發布,這一點在消費電子市場尤其重要。因此,對于跨界MPU的利用,首先要理解產品。
貿澤電子在售的來自ST的STM32MP157C-DKx和STM32MP157F-DK2探索套件正是用于快速評估STM32MP1系列微處理器,讓用戶能夠借助MPU從容應對來自消費電子領域的終極挑戰。
評估板參數方面,STM32MP157F-DK2探索套件板載連接器包括以太網RJ45、USB Type-C DRP、4個USB主機Type-A、MIPI DSI以及ARDUINO Uno V3擴展連接器等。在STM32MP157C-DK2探索套件上,還額外提供4英寸TFT LCD、Wi-Fi 802.11b/g/n和藍牙低功耗4.1。
在安全方面,評估套件受益于STM32MP1系列MPU的安全性能,提供安全啟動、TrustZone外圍設備保護和防篡改能力,并能對Cortex-M4 資源進行隔離。
通過STM32MP157C-DKx套件,用戶可以直觀地感受STM32MP1系列MPU的性能優勢,以及傳統MCU的控制能力。豐富的板載器件和接口讓用戶可以深刻理解STM32MP1系列MPU豐富的GPIO資源。
當用戶需要借助STM32MP1系列MPU打造高端可穿戴設備以及其他消費類應用時,通過STM32MP157C-DKx套件可以感受到STM32MP1系列MPU在HMI、顯示、連接、影音和軟件支持等多方面的能力,極大地縮短產品的開發時間,爭奪消費電子轉瞬即逝的窗口期。
跨界MPU融合無止境
消費電子是一個多元化的市場,在網聯化和智能化的推動下,在HMI和影音娛樂功能之外,也尋求為消費者提供更人性化的服務。比如,讓消費電子融合機器學習和機器視覺能力就是更進一步的智能化。
NXP i.MX 8M Plus 系列處理器便是具有機器學習和視覺的跨界MPU,能夠為智能家居在內的消費電子應用提供高處理和控制性能。該系列處理器基于四核或雙核Arm Cortex -A53處理器+Cortex-M7打造,并帶有運行速度高達 2.3 TOPS 的神經處理單元 (NPU)、雙圖像信號處理器 (ISP) 和兩個攝像頭輸入,為高級視覺系統提供必要的支撐。
i.MX 8M Plus 系列處理器在傳統MPU和MCU的基礎上,又加入NPU、ISP等智能硬件單元,這樣的創新融合讓工程師在借助該系列處理器設計方案時,需要考慮更多的要素,因此開發工具更顯重要。
貿澤電子在售的來自制造商NXP的8MPLUSLPD4-EVK評估套件便可用于快速評估i.MX 8M Plus 系列處理器,它圍繞處理器配備了存儲器、顯示屏、音頻、連接等豐富的硬件和接口資源,開箱時,除了i.MX 8M Plus CPU模塊和基板,還有USB A轉micro B電纜、USB 3.0轉Type C電纜和USB Type C電源。
通過8MPLUSLPD4-EVK評估套件,用戶可以快速體驗i.MX 8M Plus 系列處理器的豐富性能,在開發耳戴式設備、智能手表等移動設備和智能機器人、中小家電等智能家居設備時,可以參考8MPLUSLPD4-EVK評估套件上的電路方案,借助于所提供的音頻、連接、顯示和攝像頭等資源做快速開發,并讓該方案具備機器學習以及語音和視覺功能。
讓MPU更好地賦能消費類應用
消費類應用具有自身的行業特性,比如更新迭代快、低功耗、廣泛連接、用戶可操作和信息安全等。同時,智能化的大趨勢要求消費類應用具備人機交互能力,擁有可觸碰的屏幕,可操作的程序,以及可互動的功能。順應這些產業趨勢,可運行安卓或者Linux等操作系統的MPU無疑是最理想選擇。
當然,MPU復雜的PCB設計對開發者在器件的性能評估和產品原型開發方面提出了極大的挑戰,貿澤電子在售的MPU開發和評估套件幫大家解決了這個煩惱,為消費類應用開發和量產按下加速鍵。
審核編輯:郭婷
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