首先，“嵌入式”这是个概念，准确的定义没有，各个书上都有各自的定义。但是主要思想是一样的，就是相比较PC机这种通用系统来说，嵌入式系统是个专用系统，结构精简，在硬件和软件上都只保留需要的部分，而将不需要的部分裁去。所以嵌入式系统一般都具有便携、低功耗、性能单一等特性。

然后，MCU、DSP、FPGA这些都属于嵌入式系统的范畴，是为了实现某一目的而使用的工具。

MCU俗称”单片机“经过这么多年的发展，早已不单单只有普林斯顿结构的51了，性能也已得到了很大的提升。因为MCU必须顺序执行程序，所以适于做控制，较多地应用于工业。而ARM本是一家专门设计MCU的公司，由于技术先进加上策略得当，这两年单片机市场份额占有率巨大。ARM的单片机有很多种类，从低端M0(小家电)到高端A8、A9(手机、平板电脑)都很吃香，所以也不是ARM的单片机一定要上系统，关键看应用场合。

DSP叫做数字信号处理器，它的结构与MCU不同，加快了运算速度，突出了运算能力。可以把它看成一个超级快的MCU。低端的DSP，如C2000系列，主要是用在电机控制上，不过TI公司好像称其为DSC(数字信号控制器)一个介于MCU和DSP之间的东西。高端的DSP，如C5000/C6000系列，一般都是做视频图像处理和通信设备这些需要大量运算的地方。

FPGA叫做现场可编程逻辑阵列，本身没有什么功能，就像一张白纸，想要它有什么功能完全靠编程人员设计(它的所有过程都是硬件，包括VHDL和Verilog HDL程序设计也是硬件范畴，一般称之为编写“逻辑”。)。如果你够NB，你可以把它变成MCU，也可以变成DSP。由于MCU和DSP的内部结构都是设计好的，所以只能通过软件编程来进行顺序处理，而FPGA则可以并行处理和顺序处理，所以比较而言速度最快。

那么为什么MCU、DSP和FPGA会同时存在呢?那是因为MCU、DSP的内部结构都是由IC设计人员精心设计的，在完成相同功能时功耗和价钱都比FPGA要低的多。而且FPGA的开发本身就比较复杂，完成相同功能耗费的人力财力也要多。所以三者之间各有各的长处，各有各的用武之地。但是目前三者之间已经有融合的态势，ARM的M4系列里多加了一个精简的DSP核，TI的达芬奇系列本身就是ARM+DSP结构，ALTERA和XINLIX新推出的FPGA都包含了ARM的核在里面。所以三者之间的关系是越来越像三基色的三个圆了。

一言以蔽之“你中有我，我中有你”。

硬件工程师学习从何开始?

单片机:通常无操作系统，用于简单的控制，如电梯，空调等。

dsp:用于复杂的计算，像离散余弦变换、快速傅里叶变换，常用于图像处理，在数码相机等设备中使用。

arm:一个英国的芯片设计公司，但是不生产芯片。只卖知识产权。

fpga:现场可编程门阵列，以硬件描述语言(Verilog 或 VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。

嵌入式 是相对于台式电脑而言，系统可裁剪，形态各异，可能体积、功耗、成本受限、实时性要求高，如示波器，手机，平板电脑，全自动洗衣机，路由器、数码相机，这些设备中，虽然看不到台式机的存在，但是都有一个或多个嵌入式系统在工作。

根据对象体系的功能复杂性和计算处理复杂性，提供的不同选择。对于简单的家电控制嵌入式系统，采用简单的8位单片机就足够了，价廉物美，对于手机和游戏机等，就必须采用32位的ARM和DSP等芯片了。FPGA是一种更偏向硬件的实现方式。

所以要通过学习成为硬件工程师，要从单片机开始，然后学习ARM和DSP之类。

市面上七大主流单片机的详细介绍

单片机现在可谓是铺天盖地，种类繁多，让开发者们应接不暇，发展也是相当的迅速，从上世纪80年代，由当时的4位8位发展到现在的各种高速单片机。

各个厂商们也在速度、内存、功能上此起彼伏，参差不齐~~同时涌现出一大批拥有代表性单片机的厂商：Atmel、TI、ST、MicroChip、ARM…国内的宏晶STC单片机也是可圈可点…

下面为大家带来51、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR、STC单片机之间的优缺点比较及功能体现……

51单片机

应用最广泛的8位单片机当然也是初学者们最容易上手学习的单片机，最早由Intel推出，由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“经典”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。

51单片机之所以成为经典，成为易上手的单片机主要有以下特点：

特性：

1.从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。

2. 同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，

3. 乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。

缺点：(虽然是经典但是缺点还是很明显的)

1.AD、EEPROM等功能需要靠扩展,增加了硬件和软件负担

2. 虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，这也是51系列单片机的最大软肋

3. 运行速度过慢，特别是双数据指针，如能改进能给编程带来很大的便利

4. 51保护能力很差，很容易烧坏芯片

应用范围：

目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用

使用最多的器件：8051、80C51

MSP430单片机

MSP430系列单片机是德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器，给人们留下的最大的亮点是低功耗而且速度快,汇编语言用起来很灵活,寻址方式很多,指令很少,容易上手。主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。其迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点…

特性：

1.强大的处理能力，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式( 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址)、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序

2.在运算速度方面，能在 8MHz 晶体的驱动下，实现 125ns 的指令周期。16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合，能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT 等)

3.超低功耗方面，MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时， 芯片的电流会在 200~400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA

缺点：

1.个人感觉不容易上手，不适合初学者入门，资料也比较少，只能跑官网去找

2.占的指令空间较大,因为是16位单片机,程序以字为单位,有的指令竟然占6个字节。虽然程序表面上简洁, 但与pic单片机比较空间占用很大

应用范围：

在低功耗及超低功耗的工业场合应用的比较多

使用最多的器件：MSP430F系列、MSP430G2系列、MSP430L09系列

TMS单片机

这里也提一下TMS系列单片机，虽不算主流。由TI推出的8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合。虽然没STM32那么优秀，也没MSP430那么张扬，但是TMS370C系列单片机提供了通过整合先进的外围功能模块及各种芯片的内存配置，具有高性价比的实时系统控制。同时采用高性能硅栅CMOS EPROM和EEPROM技术实现。低工作功耗CMOS技术，宽工作温度范围，噪声抑制，再加上高性能和丰富的片上外设功能，使TMS370C系列单片机在汽车电子，工业电机控制，电脑，通信和消费类具有一定的应用。

STM32单片机

由ST厂商推出的STM32系列单片机，行业的朋友都知道，这是一款性价比超高的系列单片机，应该没有之一，功能及其强大。其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核，同时具有一流的外设：1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等等，在功耗和集成度方面也有不俗的表现，当然和MSP430的功耗比起来是稍微逊色的一些，但这并不影响工程师们对它的热捧程度，由于其简单的结构和易用的工具再配合其强大的功能在行业中赫赫有名…其强大的功能主要表现在：

特性：

1.内核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz，单周期乘法和硬件除法

2.存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器

3.时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器(PVD)。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振

4、调试模式：串行调试(SWD)和JTAG接口。最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口

使用最多的器件：STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列

PIC单片机

PIC单片机系列是美国微芯公司(Microship)的产品，共分三个级别,即基本级、中级、高级，是当前市场份额增长最快的单片机之一，CPU采用RISC结构,分别有33、35、58条指令,属精简指令集，同时采用Harvard双总线结构,运行速度快,它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理,这种指令流水线结构,在一个周期内完成两部分工作,一是执行指令,二是从程序存储器取出下一条指令,这样总的看来每条指令只需一个周期,这也是高效率运行的原因之一，此外PIC单片机之所以成为一时非常热的单片机不外乎以下特点：

特点：

1.具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC系列单片机的I/O口是双向的,其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。I/O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器,从而解决了51系列I/O脚为高电平时同为输入和输出的状态。

2.当置位1时为输入状态,且不管该脚呈高电平或低电平,对外均呈高阻状态;置位0时为输出状态,不管该脚为何种电平,均呈低阻状态,有相当的驱动能力,低电平吸入电流达25mA,高电平输出电流可达20mA。相对于51系列而言,这是一个很大的优点

3.它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。它的A/D为10位,能满足精度要求。具有在线调试及编程(ISP)功能。

不足之处：

其专用寄存器(SFR)并不像51系列那样都集中在一个固定的地址区间内(80～FFH),而是分散在四个地址区间内。只有5个专用寄存器PCL、STATUS、FSR、PCLATH、INTCON在4个存储体内同时出现，但是在编程过程中,少不了要与专用寄存器打交道,得反复地选择对应的存储体,也即对状态寄存器STATUS的第6位(RP1)和第5位(RP0)置位或清零。数据的传送和逻辑运算基本上都得通过工作寄存器W(相当于51系列的累加器A)来进行,而51系列的还可以通过寄存器相互之间直接传送,因而PIC单片机的瓶颈现象比51系列还要严重,这在编程中的朋友应该深有体会

使用最多的器件：PIC16F873、PIC16F877

AVR单片机

AVR单片机是Atmel公司推出的较为新颖的单片机,其显著的特点为高性能、高速度、低功耗。它取消机器周期,以时钟周期为指令周期,实行流水作业。AVR单片机指令以字为单位,且大部分指令都为单周期指令。而单周期既可执行本指令功能,同时完成下一条指令的读取。通常时钟频率用4～8MHz,故最短指令执行时间为250～125ns。AVR单片机能成为最近仍是比较火热的单片机，主要的特点：

特点：

1.AVR系列没有类似累加器A的结构,它主要是通过R16～R31寄存器来实现A的功能。在AVR中,没有像51系列的数据指针DPTR,而是由X(由R26、R27组成)、Y(由R28、R29组成)、Z(由R30、R31组成)三个16位的寄存器来完成数据指针的功能(相当于有三组DPTR),而且还能作后增量或先减量等的运行，而在51系列中,所有的逻辑运算都必须在A中进行;而AVR却可以在任两个寄存器之间进行,省去了在A中的来回折腾,这些都比51系列出色些

2.AVR的专用寄存器集中在00～3F地址区间,无需像PIC那样得先进行选存储体的过程,使用起来比PIC方便。AVR的片内RAM的地址区间为0～00DF(AT90S2313) 和0060～025F(AT90S8515、AT90S8535),它们占用的是数据空间的地址,这些片内RAM仅仅是用来存储数据的,通常不具备通用寄存器的功能。当程序复杂时,通用寄存器R0～R31就显得不够用;而51系列的通用寄存器多达128个(为AVR的4倍),编程时就不会有这种感觉。

3.AVR的I/O脚类似PIC,它也有用来控制输入或输出的方向寄存器,在输出状态下,高电平输出的电流在10mA左右,低电平吸入电流20mA。这点虽不如PIC,但比51系列还是要优秀的…

缺点：

1.是没有位操作，都是以字节形式来控制和判断相关寄存器位的

2.C语言与51的C语言在写法上存在很大的差异，这让从开始学习51单片机的朋友很不习惯

3.通用寄存器一共32个(R0～R31),前16个寄存器(R0～R15)都不能直接与立即数打交道,因而通用性有所下降。而在51系列中,它所有的通用寄存器(地址00～7FH)均可以直接与立即数打交道,显然要优于前者。

使用最多的器件：ATUC64L3U、ATxmega64A1U、AT90S8515

STC单片机

说到STC单片机有人会说到，STC也能算主流，估计要被喷了~~我们基于它是国内还算是比较不错的单片机来说。STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，说白了STC单片机是51与AVR的结合体，有人说AVR是51的替代单片机，但是AVR单片机在位控制和C语言写法上存在很大的差异。而STC单片机洽洽结合了51和AVR的优点，虽然功能不及AVR那么强大，但是在AVR能找到的功能，在STC上基本都有，同时STC单片机是51内核，这给以51单片机为基础的工程师们提供了极大的方便，省去了学习AVR的时间，同时也不失AVR的各种功能…

STC单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机51单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM 8路高速10位A、D转换，针对电机电机 的供应商控制，强干扰场合，成为继51单片机后一个全新系列单片机…

特性：

1.下载烧录程序用串口方便好用，容易上手，拥有大量的学习资料及视频，最著名的要属于杜老师的那个视频了，好多对单片机有兴趣的朋友都是通过这个视频入门的，同时具有宽电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V, 低功耗设计：空闲模式，掉电模式(可由外部中断唤醒)

2.STC单片机具有在应用编程，调试起来比较方便;带有10位AD、内部EEPROM、可在1T/机器周期下工作，速度是传统51单片机的8~12倍，价格也较便宜

3.4 通道捕获/比较单元，STC12C2052AD系列为2通道，也可用来再实现4个定时器或4个外部中断，2个硬件16位定时器，兼容普通8051的定时器。4路PCA还可再实现4个定时器，具有硬件看门狗、高速SPI通信端口、全双工异步串行口,兼容普通8051的串口，同时还具有先进的指令集结构，兼容普通8051指令集

PS：STC单片机功能虽不及AVR、STM32强大，价格也不及51和ST32便宜，但是这些并并不重要，重要的是这属于国产单片机比较出色的单片机，但愿国产单片机能一路长虹…

使用最多的器件：STC12C2052AD

Freescale单片机

主要针对S08,S12这类单片机，当然Freescale单片机远非于此。Freescale系列单片机采用哈佛结构和流水线指令结构，在许多领域内都表现出低成本，高性能的的特点，它的体系结构为产品的开发节省了大量时间。此外Freescale提供了多种集成模块和总线接口，可以在不同的系统中更灵活的发挥作用。Freescale单片机的特有的特点如下：

1.全系列：从低端到高端，从8位到32位全系列应有尽有，其推出的8位/32位管脚兼容的QE128，可以从8位直接移植到32位,弥补单片机业界8/32 位兼容架构中缺失的一环

2.多种系统时钟模块：三种模块，七种工作模式。多种时钟源输入选项，不同的mcu具有不同的时钟产生机制，可以是RC振荡器，外部时钟或晶振，也可以是内部时钟，多数CPU同时具有上述三种模块!可以运行在FEI，FEE，FBI，FBILP，FBE，FBELP，STOP这七种工作模式

3.多种通讯模块接口：Freescale单片机几乎在内部集成各种通信接口模块：包括串行通信接口模块SCI，多主I2C总线模块,串行外围接口模块 SPI，MSCAN08控制器模块，通用串行总线模块(USB/PS2)

4.具有更多的可选模块：具有LCD驱动模块，带有温度传感器，具有超高频发送模块，含有同步处理器模块，含有同步处理器的MCU还具有屏幕显示模块OSD，还有少数的MCU具有响铃检测模块RING和双音多频/音调发生器DMG模块

5.可靠性高，抗干扰性强，多种引脚数和封装选择

6.低功耗、也许Freescale系列的单片机的功耗没有MSP430的低，但是他具有全静态的“等待”和“停止”两种模式，从总体上降低您的功耗!新近推出的几款超低功耗已经与MSP430的不相上下!

使用最多的器件：MC9S12G系列

如果真要在这些单片机中分个一二三等，那么如果你想跟随大众，无可厚非51单片机还是首选;如果你追求超高性价比，STM32将是你理想选择;如果你渴望超低功耗，MSP430肯定不会让你失望;如果你想支持国产，STC会让你兴奋…

汽车行业正在经历一场巨大的技术变革。为了采用可持续能源解决方案，电动化正在迅速普及。自动驾驶预计将拯救无数人的生命，并减少道路交通事故。车厂希望通过未来的软件定义汽车 (SDV)[1] 为客户提供更好的功能和全新的体验。

上述这些汽车趋势都有一个共同点：它们都需要安全稳定的系统才能成功。包括 Arm 在内的整个汽车供应链都在极力构建适合新一代汽车的安全系统。

Arm Cortex-M 系列被广泛用作汽车微控制器 (MCU) 的主要核心，以及许多汽车 SoC 的配套核心。合作伙伴可借助这些核心自带的诸多安全功能，有效地实现安全目标。近期，Arm Cortex-M55[2] 成为了众多经过安全评估的处理器中的新成员。这让 Arm 的合作伙伴更加确信，Arm 市场领先的产品符合最高的安全标准。

标准推动行业发展

汽车和工业行业依靠功能安全标准将安全相关组件部署到终端产品中。Arm 的安全就绪[3]战略旨在提供基于 ISO 26262 和 IEC 61508 标准的全面产品。这些标准不仅为安全关键系统的开发提供了关键框架、要求和指南，而且提供了基于风险评估分析的不同 ASIL/ SIL 等级，并给出了合规所需实现的具体目标指标。

为帮助汽车行业打造出色的解决方案，Arm 在安全相关产品方面提供高达 ASIL D 等级的系统能力，并提供基于特定配置的 ASIL B/D 等级的诊断能力。

通过复制来进行诊断

ASIL D 代表最高等级的潜在风险，并需要最严格的方法来管理故障。例如，制动系统、电池管理系统、电动汽车 (EV) 车载充电系统和安全气囊系统就被归类为 ASIL D 等级，因为这些系统一旦出现故障可能会造成严重后果。

为达到这种等级的汽车安全完整性，可采用的一种方法是冗余，这种方法通常被认为是实现 ASIL D 的最有效途径。当一个系统执行一项任务后，能与另一个完成了相同任务的相同系统进行比较，若两者结果相同，则表示该系统的表现跟预期一样；若结果不同，则表示其中一个系统出错了。后续可以设法解决该错误，例如重新启动系统或重新执行任务。

对于需要达到 ASIL D 等级的应用，拥有具备此功能的 CPU 核心意味着您可以轻松地从最底层开始确保安全无虞。Arm Cortex-M55 提供了一个可配置的选项来实现双核锁步 (DCLS)，双核锁步设计了计算内核的一个副本。该功能可以有效地创建必要的故障检测，在计算内核层面达到 ASIL D 硬件指标。如此一来，合作伙伴就可以专注于系统层面的安全性。

Cortex-M55 已通过 Exida 对 DCLS 配置中的 ASIL D 系统和诊断故障进行了评估。Arm 的合作伙伴可以将其集成到自己的系统级评估中，从而更有信心在设计中达到 ASIL D 等级。如此一来，可以更快完成汽车设计，缩短产品上市时间，并使车厂能够实现汽车安全上路。

在较低风险的 ASIL 等级中提高面积效率

ASIL B 系统的风险等级较低，但仍需要采取适当的机制来确保各种故障得到妥善处理。例如，车身控制、照明和发动机控制功能等应用如果出现故障，会增加发生危险的可能性。

DCLS 是芯片集成商实现 ASIL B 等级的一种方法，但如果复制计算内核，则会增加功耗和面积。由于这些都是重要的设计参数，尽管为实现 ASIL D 而增加的成本被普遍接受，但如果 DCLS 方法打破了 ASIL B 等级的面积限制怎么办？因此，结合使用几种安全机制可能是更具成本效益的方法。

为了帮助合作伙伴达到 ASIL B 指标，并使用户能够实现自身的安全目标，Cortex-M55 具有多种不需要完全复制计算内核的功能。其中包括：

瞬时故障保护 (TFP)：ISO26262 要求考虑瞬时故障，根据应用情况，可能需要作为设计的一部分加以解决。定期测试并不能找出所有故障，因为它们来去不定，所以需要另一种方法。TFP 提供了一种检测瞬时故障，并在检测到故障时发出错误消息的机制。

紧耦合存储器 (TCM) 和缓存纠错码 (ECC)：ECC 提供了一种有效检测存储器故障的方式。通过使用压缩的错误代码来检查数据的有效性，它可以纠正单比特错误。

内存内置自检 (MBIST) 控制器：存储器在系统或组件设计中可能占据较大比例。借助 MBIST 控制器，可以在车辆中的应用运行期间有效地测试存储器和 ECC 逻辑，而不影响功能运行。

软件测试库 (STL) (仍在开发中)：STL[4]提供了一种测试处理器功能逻辑的方式，可以检测运行期间的故障。更重要的是，这类测试可以在规定的时间内快速运行，尽可能降低对应用性能的影响。

除了 STL 之外，Cortex-M55 还具有其他对双核和单核配置均有利的安全功能：

接口保护

设计系统时，内核并非唯一的组件。总线接口保护为系统设计者提供了一种超出处理器边界的保护方式。

内存保护单元 (MPU)

当 MCU 上运行的某个任务从不适合该任务的区域请求数据时，就会发生错误。MPU 可以对内存进行空间分区来执行特定任务，并进行编程，使某些区域被不适当地访问时产生故障。

根据具体的应用情况，适合采用上述一个或多个功能，并且可以与系统级安全功能相结合，以满足 ASIL B 指标要求。Cortex-M 系列的优点在于灵活性，合作伙伴可灵活地在设计中选择要启用或关闭的功能。上述所有安全功能都可自由选择，合作伙伴可以自行决定如何实现自身的安全目标以满足车厂的需求。

Arm 架构是汽车安全的基石

从高性能到高能效 CPU 核心，安全性始终是汽车应用的基础。Cortex-M 系列体现了 Arm 致力于实现高能效的功能安全。Cortex-M55 获得了行业认可的官方认证，这给予了合作伙伴和整个行业更多的信心，让他们能够继续推进基于 Arm 架构的设计、产品和应用。而这也是 Arm 今后持续发力汽车市场的又一个重要里程碑。

Nordic Semiconductor公司Thingy 系列最新成员结合旗舰双核SoC、电源管理 IC、PA/LNA范围扩展器和多个传感器，并且带有嵌入式机器学习固件，加快实现先进无线概念验证(proofs-of-concept)

Nordic Semiconductor发布具有多协议短距离无线连接并支持嵌入式机器学习 (ML)的多传感器原型构建平台’Nordic Thingy:53’ (“Thingy:53”)，是在最短开发时间内构建具有ML功能的先进无线概念验证原型的理想平台。

Thingy:53 平台基于 Nordic的nRF5340先进多协议系统级芯片(SoC)，这颗SoC具有双核Arm® Cortex® M-33并结合了公司的 nPM1100电源管理 IC (PMIC) ，以及具有一个电源放大器/低噪声放大器 (PA/LNA)范围扩展器的 nRF21540前端模块 (FEM)。这款原型构建平台配备了可充电1350 mAh锂聚合物电池以及多个运动和环境传感器，支持低功耗蓝牙(Bluetooth® Low Energy (Bluetooth LE))、Thread、Matter、Zigbee、IEEE 802.15.4、NFC 和蓝牙mesh 协议，并且直接预装了嵌入式 ML固件。

Thingy:53 核心组件nRF5340 SoC具有专用应用处理器和网络处理器。Arm Cortex-M33 应用处理器的时钟频率为 128 MHz，确保原型平台能够处理高级算法和与嵌入式 机器学习相关的复杂计算任务，其1 MB闪存和 512 KB RAM 确保为最复杂的应用提供充足内存。网络处理器则专为节能运行而设计，带有自己的计算资源，从而确保实现稳健强大的无线连接，而不会影响执行应用软件。

为 ML 模型做好准备

Thingy:53 是Nordic 与美国“tinyML”专业厂商 Edge Impulse 密切合作的成果，这款平台配备了 Edge Impulse 固件和 nRF Edge Impulse 移动应用程序。固件通过Thingy:53 上的传感器收集训练和测试数据，并且通过蓝牙蓝牙以无线方式将数据转发到移动应用程序。而后，移动应用程序将数据转发到 Edge Impulse Studio（基于云的 ML 开发平台），用于构建和测试嵌入式 ML 模型。用户可以使用相同的移动应用程序，通过无线方式将 ML模型部署到 Thingy:53。移动应用程序还将直接显示推理结果。这款固件和应用程序使得开发人员能够快速收集数据和测试 ML模型，而无需为Thingy:53连接任何电缆。

Thingy:53 平台随附nRF Programmer 应用程序，允许开发人员选择预制固件，然后采用无线方式直接通过 iOS或Android 设备更新 Thingy:53固件，从而大幅简化了原型构建工作。这项功能意味着用户可以随时随地部署新固件，而无需使用台式计算机。Thingy:53 还与 Nordic 的移动应用程序、nRF Mesh、nRF Connect、nRF Toolbox和nRF Blinky兼容。

Thingy:53 包含一个六轴惯性测量单元和一个附加的低功率加速度计，其环境传感器有温度、湿度、空气质量和压力传感器。该产品还集成了颜色和光传感器、蜂鸣器和脉冲密度调制 (PDM) 麦克风。嵌入式 ML功能允许开发人员在语音识别或运动模式检测等应用中使用 Thingy:53 的传感器。当受到运动或声音事件触发时，用户还可以使用加速度计和PDM麦克风将 nRF5340 SoC从睡眠模式中唤醒。由于Thingy:53 可以在没有外部刺激时保持睡眠模式（延长电池使用寿命），对于创建低功耗嵌入式 ML 应用非常有用。

经过验证的原型平台

Thingy:53 带有 USB-C 充电和数据端口，以及与 Qwiic、Stemma 和 Grove 兼容的四针JST 连接器。每个 Thingy:53都附带调试和电流测量板，可以接入相关引脚，进行应用程序代码故障排除并使用其他调试工具监控功耗。

Nordic公司Thingy:53 产品经理Pär Håkansson表示：“Nordic 的‘Thingy’系列已经得到开发者社区的认可，该平台是构建和开发创新的短距离无线和蜂窝物联网应用的最快速途径。现在，Thingy:53是使用Nordic最强大多协议 SoC 的原型构建平台，它的面世扩大了我们的产品范围。”

“全新Thingy平台不仅仅带有nRF5340，还集成了 Nordic 的 PMIC 和范围扩展器，以实现出色的电池性能和链路预算，并且使用了多个先进的传感器。通过使用Thingy:53 预编程 Edge Impulse 固件和 nRF Edge Impulse移动应用程序，纵使是没有机器学习工作经验的开发人员也首次可以轻松掌握这项技术。机器学习是未来先进物联网边缘处理的关键。”

本应用笔记描述如何在基于Arm® Cortex®‑M33 处理器的Arm® TrustZone® STM32 微控制器上获得安全启动和安全固件更新解决方案。该应用笔记还提供此解决方案与X-CUBE-SBSFU 解决方案的顶层比较结果，后者适用于基于Arm® Cortex®‑M0、 Cortex®‑M3、Cortex®‑M4、或Cortex®‑M7 处理器的非TrustZone®STM32 微控制器。它还为安全启动和安全固件更新解决方案 提供顶层集成指南。

作者：电子创新网张国斌

5月26日的发布堪称是 Arm新品发布上里程碑式的发布，因为它开启了一个新的时代！

“过去的 12 个月着实令人难以置信，整个世界正转向基于Arm 架构的计算，并正在利用 Arm 移动生态系统的规模优势 我们看到了场景定义的计算和专用的处理能力为用户带来了一种可能，他们可以完全根据自己的意愿、时间和地点使用设备，且其性能、电池寿命和安全性丝毫不受影响，这将使设计人员能够自由地进行设备形态的创新、并开创新市场，我们称之为 “数字赋能”，并相信这将激发出世界的潜能。”在5月26日的Arm Total Compute 媒体沟通会上，Arm 终端设备事业部的总经理 Paul Williamson指出，“消费性电子设备计算的下一步就是全面计算，它基于三个关键原则：设备的性能、性能的可及性、设备的安全性。今天我要介绍Arm第一款面向终端市场的全面计算解决方案---全面计算解决方案到底包括什么呢？全面计算解决方案是一套包含 IP 、软件与工具的完整套件，能针对不同的市场应用，打造出最佳 的 SoC 这次推出的技术产品都是基于 Armv9 架构开发的， 它为未来十年的场景定义的计算设备奠定了基础，这些解决方案本身也都包括一些新功能。”

他进一步指出当我们谈论 "全面计算 "方法时，它是指我们共同优化智能手机中计算系统的不同元素，使它们尽可能有效地在给定的功率范围内提供最佳性能。最重要的是通过提供一个单一的工具链、简单的API以及能够看到如何使用这些工具的能力，使开发者能够从这个整体的角度来处理新的用例。

“衡量计算的方式以及将计算应用于解决问题和创造体验的方式，正在发生变化。过去，我们可能会以CPU基准和原始性能来衡量一个设备的水平，而现在，智能手机等设备已经非常依赖图形处理器（GPU）或神经处理单元（NPU）驱动的人工智能的增强，”他指出，“当你看到今天的智能手机时，其外观和感觉与2007年的第一批设备基本相同。改变的是可以实现的体验，从类似游戏机的游戏到预订乘车服务。这其中许多体验源于开发者的创新，这就是为什么为他们配备所需的性能、工具和洞察力是如此重要。”

他强调，全面计算能够更好地帮助Arm的合作伙伴去应对目前正在显著增加的用于所有终端市场上的SoC的复杂性。对于合作伙伴而言，他们希望能够将新品更快速地推向市场。而全面计算解决方案包含了SoC设计流程中所需要的一切组件——硬件 IP、软件、物理IP、工具和标准，将使Arm的合作伙伴在开发基于全面计算解决方案的新SoC时受益，让他们能够满怀信心地通过最新的技术，将高性能的产品快速推向市场。

Arm 全新的全面计算解决方案--基于V9架构的CPU

据介绍，Arm 全新的全面计算解决方案采用系统范围的整体优化方法，横跨硬件 IP、物理 IP、软件、工具和标准，为 Arm 的合作伙伴提供更为广泛的选择，满足所有终端细分市场的应用场景和成本区间。

全面计算解决方案也将解锁整个生态系统的新体验，例如，专为移动设备设计、支持 AI 功能的交互式应用场景，可以使用户身临其境观看电视中丰富的 8K 内容。所有的这一切再加上安全技术作为基础，将为未来十年构建可信的数字化服务。

这些解决方案的核心是 Arm 的全新 IP 套件，包括首批 Armv9 Cortex™ CPU、具有出色图形功能的Mali™ GPU 和全新的 CoreLink™ 系统 IP。

最新发布的Arm Cortex-X2 是 Arm 目前性能最强大的 CPU，相较于当前旗舰型安卓智能手机，它的性能高出 30%。除了峰值性能外，Cortex-X2 还可在旗舰智能手机和笔记本电脑之间扩展，使 Arm 的合作伙伴可以根据市场需求来设计基于不同场景的计算能力。

最新发布的Arm Cortex-A710 是首款基于 Armv9 架构的大核 CPU，与 Cortex-A78 相比，能效提升 30% ，性能提升 10%。通过这些性能和效率的提升，当智能手机运行高要求的app时，用户将获得比以往更长的使用时间以及更优化的用户体验。

最新发布的Arm Cortex-A510 是 Arm 过去四年来推出的首款高效率小核，其性能提升 35%，机器学习性能提升超过三倍。它所带来的性能水平已经接近几年前推出的上一代大核，适用于智能手机、家用设备和可穿戴设备。

“Cortex-X2是完完全全面向智能手机市场的产品，我们预计在未来几代的手机产品中就能看到Cortex-X2的身影。对智能手机和其他终端计算设备而言，64位将提供终极的性能表现。所以，Arm目前正与中国应用商店生态合作伙伴进行密切协作，确保主要app都能在今年年底前支持 64 位，从而为中国消费者提供Cortex-X2所带来的最佳性能提升体验。”他强调，“目前我们正持续与中国的手机应用商店合作伙伴密切携手，来分阶段实现向64位过渡，目前，Cortex-X2、Cortex-A510已经是64位CPU，目前A710仍然支持32位，未来，我们预计到2023年，Arm在移动应用的大核跟小核都将仅支持64位。”

而Armv9-A CPU 群集（cluster）的支柱是新款的动态共享单元（ DynamIQ Shared Unit）DSU-110，该组件可为不同的细分市场提供各种解决方案。DSU-110 具备可扩展性、可支持多达八个 Cortex-X2 内核配置的出色性能、安全性和机器学习功能，同时还能确保效率表现。

Arm 全新的全面计算解决方案--基于V9架构的GPU

“2020 年有超过十亿个 Mali GPU 出货到市场上，这是连续第五年 Mali 的年出货量超过十亿，Mali GPU 成为世界最受欢迎的 GPU，它正驱动着关键市场的技术发展与创新 它提供了最佳的手游、新的 AI 技术和应用程序的体验，同时强化了家庭娱乐与增强现实技术应用， Mali GPU 驱动着 80% 的电视、超过半数的智能手机。”他指出。

据介绍，新款 Arm Mali-G710 是针对旗舰智能手机和不断增长的 Chromebook 笔记本市场所推出的高性能 GPU，在计算密集型体验方面（如 AAA 高保真游戏）的性能提升 20%。对于各种与机器学习有关的任务（如全新相机和视频模式的图像增强），Mali-G710 也带来了 35% 的机器学习性能提升。

与去年类似，Arm 推出 Arm Mali-G610 ，作为次旗舰 GPU。该 GPU 继承了 Mali-G710 的所有功能，但价格更低，促使合作伙伴能够快速应对这个不断增长的市场，并将高阶应用场景带给更多的开发者和消费者。

Arm Mali-G510 实现了性能和效率的完美平衡，在中端智能手机、旗舰智能电视和机顶盒上，实现了 100%的性能提升以及22%的节能优化 ，从而延长了电池续航时间，提升了 100% 的机器学习性能。

Arm Mali-G310 是 Arm 最高效的 GPU，以最小的面积成本提供了最高的性能。通过 Mali-G310， Valhall 架构和高质量图形技术将被引入到更低成本的设备中，例如入门级智能手机、AR 设备和可穿戴设备。

全面计算解决方案如何提升性能？

“当你把这些结合在一起，你便得到我们首款全面计算解决方案。如你所见，我们已经适配好 IP、 优化其表现，使之得以在任何设备上提供最佳的用户体验，从终极性能的笔记本，直至最低功耗 的可穿戴设备 你即将在任一设备中获取更优异的用户体验，而且还有最新 Armv9 架构的安全功能作为支撑Arm 的互连技术对于提高系统性能至关重要。”他指出。

而最新的 CoreLink CI-700 一致性互连技术和 CoreLink NI-700片上网络互连技术与 Arm CPU、GPU 和 NPU IP 无缝搭配，可跨 SoC 解决方案增强系统性能。CoreLink CI-700 和 CoreLink NI-700 对新的 Armv9-A 功能提供硬件级支持，如内存标签扩展（Memory Tagging Extension），并支持更高的安全性、改进的带宽和延迟。

Williamson指出此次新发布的IP是基于最新的Armv9架构，为了更好地表明Armv9架构为市场带来的改变，所以在命名上采用了三位数规则。

他一再强调Armv9带来的主要功能是为了更好地落实我们全面计算设计战略的三大关键原则。第一个原则是安全性，在安全方面Arm引入了一些新的安全技术，比如说MTE——内存标签扩展，还有指针验证（pointer authentication, PA）。同时，在机器学习方面我们支持BFloat16格式，从而更好地去支撑Int8计算和BFloat16 的机器学习。此外，对于SVE2的引入，也就是可伸缩矢量扩展能力方面的提升，能够更好地帮助开发者对高阶的应用场景进行开发，比如图像信号处理。

“全面计算解决方案很好地整合了我们所有处理器所具备的强大 AI 功能，在这里你可以看到一些亮点，在不同的 Arm IP 上运行多样的 AI 工作负载所带来的巨大性能提升，这些性能提升各异，从 Mali-G710 平均 35% 的提升，到 Cortex-M55 的高达 700% 的提升 ，Arm 解决方案提供了最广泛的 AI 引擎，使得开发者能在他们任意选择的应用上部署 AI 功能 。”他指出。“对Arm来说，这是非常令人兴奋的一次发布。这次不仅是Arm历年来最大阵容的产品发布，而且这些产品都是基于Armv9架构，同时我们也为大家介绍了全面计算解决方案。Arm全面计算解决方案旨在针对不同的应用场景提供最优的解决方案，实现最快的速度，打造更卓越的用户体验。”（完）