Erster „Crossover“-Prozessor: NXP verschmilzt MCU und Applikationsprozessor

Redakteur: Michael Eckstein

3020 CoreMark-Punkte, 1284 DMIPS und nur 20 Nanosekunden Latenz: NXPs neue Edge-Computing-Lösung liefert Leistung satt für rechenintensive Endgeräte- und Gateway-Anwendungen. Ein Beispiel ist die Datenvorverarbeitung in Sensoren im Internet of Things.

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Mehrleistung: NXPs i.MX RT-SoCs sollen die Leistung von Applikationssprozessoren liefern, sich aber einfach wie MCUs programmieren lassen.
Mehrleistung: NXPs i.MX RT-SoCs sollen die Leistung von Applikationssprozessoren liefern, sich aber einfach wie MCUs programmieren lassen.
(Bild: NXP)

Der niederländische Chiphersteller NXP Semiconductors hat seine i.MX RT-Serie vorgestellt. Nach eigenen Angaben schließt die auf der ARM Cortex-M7-Lösung basierende „Crossover“ Lösung die Lücke zwischen hoher Rechenleistung und Integration. Im Vergleich zu anderen Lösungen sollen die neuen NXP-Prozessoren besonders günstig sein.

Leistungsfähige und gleichzeitig sparsame, günstige Endgeräte und Gateways sind eine Voraussetzung für das Internet of Things – beispielsweise für das Vorverarbeiten von Sensordaten in der industriellen Automation oder für das Vernetzen von Fahrzeugen. Darüber hinaus müssen die Produkte zuverlässig arbeiten und ein Höchstmaß an informationstechnischer Sicherheit bieten.

Vielfalt: NXPs neue Crossover-Prozessor integriert mehrere Baugruppen auf einem Chip.
Vielfalt: NXPs neue Crossover-Prozessor integriert mehrere Baugruppen auf einem Chip.
(Bild: NXP)

Diese grundlegenden Funktionen müssen Entwickler mit Grafikfähigkeiten und Display-Controllern sowie Funkmodulen erweitern. Schritte, die die Zeit bis zur Marktreife verlängern. Mit seinen i.MX RT-„Crossover“-Prozessoren will NXP diese Probleme lösen. Nach Angaben des Unternehmens sind sie einfach wie herkömmliche Mikrocontroller (MCU) zu programmieren und bieten auch deren deterministische Fähigkeiten. Darüber hinaus sind sie jedoch mit Grafik-, Display- und Audio-Funktionsgruppen ausgestattet. Damit sollen sie sich besonders gut für Anwendungen wie Audio-Subsysteme, Consumer- und Medizinanwendungen, Haus- und Gebäudeautomation, Industriecomputer, Motorsteuerung und Energieumwandlung eignen.

Schnelles SRAM integriert

Der i.MX RT verfügt über Static Random-Access Memory (SRAM) mit hoher Kapazität und einen integrierten DC-DC-Wandler. Durch den Einsatz schneller und sicherer Schnittstellen für externe Speicher entfällt laut NXP die Notwendigkeit für internes Flash. Dadurch ließen sich die Produktkosten senken und die Kosten für die Flash-Programmierung erheblich reduzieren.

„Embedded-Designer müssen in ihren Endprodukten Kompromisse zwischen Rechenleistung und Kosten eingehen“, sagt Markus Levy, Präsident der non-Profit-Organisation Embedded Microprocessor Benchmark Consortium (EEMBC). Der i.MX RT würde hohe Rechenleistung zu geringen Kosten bieten und mit seinem Ansatz „Embedded-Designs in tausenden von IoT-Anwendungen revolutionieren.”

Vergleich Rechenleistung und Stromaufnahme

Der neue i.MX RT1050 ist laut NXP das leistungsstärkste ARM Cortex-M7-basierte System-on-a-chip (SoC) für Echtzeitbetrieb mit einem breiten Funktionsumfang auf Anwendungsprozessorebene. Mit 600 MHz sei der Chip 50 Prozent schneller als jedes andere Cortex-M7-Produkt und mehr als doppelt so schnell wie aktuelle Cortex-M4-Produkte.

Mit dem Cortex-M7-Kern soll der NXP-Prozessor eine Interrupt-Latenzzeit von nur 20 Nanosekunden erreichen – laut NXP die niedrigste aller ARM-Cortex-basierten Produkte am Markt. Der Hersteller gibt an, dass durch die Integration von 512 kB nah an der zentralen Recheneinheit (CPU) angebundenem SRAM-Speicher – ARM spricht von „Tightly Coupled Memory“ oder kurz TCM – eine sehr hohe effektive Rechenleistung des Kerns für Echtzeit-IoT-Anwendungen erzielt werden kann.

Der integrierte DC-DC-Wandler macht laut NXP nicht nur einen externen Energieversorgungs-Controller (Power Management Integrated Circuit, PMIC) überflüssig, sondern ermöglicht auch eine hohe Leistungseffizienz. demnach soll die CoreMark pro mW zwei- bis viermal besser sein als die von vergleichbaren MCU-Lösungen. Bei Volllast sei der i.MX RT1050 mit 110 µA pro MHz zudem zwei- bis dreimal effizienter als konkurrierende Cortex-M7-basierte MCUs.

Gewohnte Tools können weiter genutzt werden

Nach Angaben von NXP ermöglicht der i.MX RT1050 fortschrittliche GUIs und besser bedienbare Mensch-Maschine-Schnittstelen (HMIs). Verschiedene Schnittstellen für das Anbinden externer Speicherbausteine würde zudem flexiblere Designs ermöglichen. Eine Verschlüsselungs-Engine für AES-128, High Assurance Boot (HAB) und On-the-fly QSPI Flash-Entschlüsselung tragen dem Bedarf nach hoher IT-Sicherheit bei Embedded-Designs Rechnung. Durch den hohen Integrationsgrad kommen Leiterplatten je nach Anwendung mit weniger Layern aus, was die Kosten des Endgeräts verringern kann.

MCU-Kunden können ihre aktuelle Tool-Chain nutzen, einschließlich MCUXpresso Software und Tools, IAR Systems und ARM Keil MDK. Open-Source-Echtzeitbetriebssystemen wie FreeRTOS, ARM Mbed ™, Zephyr ™ OS und das globale ARM-Ökosystem, das Softwarebibliotheken, Online-Tools und Support bereitstellt, vereinfachen Entwicklung und Prototyping. Das Ready-to-Play-USB-Typ-C-Shield von NXP arbeitet mit i.MX RT über den Arduino-Header, um die Entwicklung weiter zu vereinfachen.

„Mit unserem RT erhalten Entwickler Rechenleistung, die auch für anspruchsvolle Applikationen ausreicht. Gleichzeitig mit ihren gewohnten Werkzeugen und Ökosystemen weiter arbeiten“, erklärt Geoff Lees, Senior Vice President und General Manager für Mikrocontroller bei NXP. Das Unternehmen liefert sein SoC zunächst als i.MX RT1050 für 2,98 Dollar bei Abnahme von 10.000 Stück. Im zweiten Quartal 2018 soll der günstigere i.MX RT1020 das Portfolio erweitern.

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