i.MX 8 – multimedialne mikroprocesory do aplikacji przemysłowych

Konstruktorzy zajmujący się projektowaniem systemów mikroprocesorowych bazujących na mikroprocesorach i.MX nigdy nie mieli łatwego zadania z przyswojeniem detali nomenklatury oznaczeń tych układów. Od historycznych czasów w ramach rodzin i.MX producent lokował układy o często skrajnie odmiennym wyposażeniu, w zapamiętaniu szczegółów wyposażenia MPU nie pomagały dodatkowo różne sufiksy dodawane do nazw rodzin (jak Lite, Max, Plus itp.) oraz nie zawsze klarowne definicje poszczególnych wersji.

O ile na przyjęty przez NXP styl nazewnictwa można ponarzekać, o tyle same mikroprocesory są inżynierskim i technologicznym majstersztykiem, docenianym przez konstruktorów budujących urządzenia i systemy do aplikacji przemysłowych. Zarówno podstawowa dokumentacja układów, jak i dodatkowe noty aplikacyjne, w tym analizy termiczne, raporty dotyczące poboru mocy i wyniki różnych testów są dobrze udokumentowane i pozbawione popularnych współcześnie przesadnych marketingowych "podkolorowań".

i.MX 8 – przegląd rodziny

Rodzina mikroprocesorów i.MX 8 składa się z trzech głównych gałęzi:

• i.MX 8 (rys. 1) – zaawansowane systemy heterogeniczne o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych 6 (w tym 4× Cortex-A53 i 2×Cortex-A72), dwóch rdzeniach real-time (Cortex-M4F) ze zintegrowanym koprocesorem HIFI4 DSP, sprzętowym kodekiem wideo i dwoma koprocesorami graficznymi GPU z możliwością obróbki obrazów 4 K,
  

   

  Rys. 1. Schemat blokowy mikroprocesorów z rodziny i.MX 8
• i.MX 8M (rys. 2) – grupa procesorów o maksymalnie 4 rdzeniach Cortex- -A53 oraz jednym rdzeniu Cortex- M4F lub Cortex-M7 ze zintegrowanym podsystemem graficznym (GPU) przystosowanym do obróbki grafiki Full HD i z opcjonalnym sprzętowym kodekiem wideo,
  

   

  Rys. 2. Schemat blokowy mikroprocesorów z rodziny i.MX 8M
• i.MX 8X (rys. 3) – procesory wyposażone w rdzenie Cortex-A35 (do 4) oraz Cortex-M4F ze zintegrowanym koprocesorem HIFI4 DSP, sprzętowym kodekiem wideo i jednym koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów 4 K.
  

   

  Rys. 3. Schemat blokowy mikroprocesorów z rodziny i.MX 8X

Zestawienie najważniejszych cech i możliwości poszczególnych rodzin i.MX 8 przedstawiono w tabeli 1. Poza dotychczas wymienionymi są w niej widoczne także trzy podrodziny (ach, ta nomenklatura!) i.MX 8M, które są tańszymi (ze względu na zastosowaną ultranowoczesną technologię produkcji) wariantami "dużych" i.MX 8M. Są to podrodziny:

• i.MX 8M Mini – procesory o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych wynoszącej 4×Cortex-A53, z jednym rdzeniem Cortex-M4F, sprzętowym kodekiem wideo i jednym koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów Full HD,
• i.MX 8M Nano – procesory o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych wynoszącej 4×Cortex-A53, z jednym rdzeniem Cortex-M7, koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów FullHD,
• i.MX 8M plus – procesory o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych wynoszącej 4×Cortex-A53, z jednym rdzeniem Cortex-M7, sprzętowym kodekiem wideo, koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów Full HD oraz dwoma innowacyjnymi podsystemami, które umożliwiają stosowanie tego mikroprocesora w systemach rozpoznawania obrazu i sztucznej inteligencji (AI): Image Signal Processor oraz Neural Processing Unit. Układy z tej podrodziny nie są jeszcze dostępne w sieci dystrybucyjnej, będą dostępne na początku 2021 roku.

Wymienione powyżej cechy i elementy wyposażenia tylko częściowo charakteryzują poszczególne rodziny, szczegółów trzeba szukać w dokumentacjach, najważniejsze cechy zestawiono w tabeli 1. Warto wspomnieć, że prezentowane mikroprocesory są wyposażone w interfejsy PCIe (wszystkie oprócz i.MX 8M Nano), gigabitowe interfejsy Ethernet, nowoczesne interfejsy graficzne (MIPIDSI, MIPI-CSI, HDMI i LVDS – w zależności od modelu), standardem jest także zintegrowany kontroler pamięci dynamicznych LPDDR4/DDR4.

i.MX 8 – mocy wystarczy

Oferta zawarta w rodzinie i.MX 8 może rozczarować fanów gigaherców i spektakularnych wartości innych parametrów, nie ma w niej bowiem nadmiaru nowości i skłonności do ścigania się. Dlaczego? Wynika to niewątpliwie z ukierunkowania producenta na rynek przemysłowy. Na nim mniej liczą się rekordy, znacznie bardziej poczucie spokoju bazującego na zweryfikowanej jakości sprzętu. Dlatego w rodzinie i.MX 8 konstruktorzy i użytkownicy znajdują solidne, zweryfikowane w aplikacjach rozwiązania i moduły interfejsów, dostają także gwarancję stabilności działania układów przy spełnieniu warunków wyraźnie określonych w dokumentacjach. Skąd o tym wiemy? Od rodaków, szczegóły poniżej.

i.MX 8 – czuj się bezpiecznie

Niebagatelnym atutem mikroprocesorów z rodziny i.MX 8 jest gwarancja długotrwałej dostępności – sięga aż 15 lat – a także ich dobrze udokumentowana niezawodność. Producent publikuje na swojej stronie internetowej dokumenty, które precyzyjnie ilustrują zagadnienia niezawodności, czego przykładem jest nota aplikacyjna AN12468, w której przedstawiono gwarantowany czas pracy układów. Na zaczerpniętym z tej noty rysunku 4 pokazano czas niezawodnej pracy przemysłowej wersji MPU w warunkach zalecanych przez producenta. Wyraźnie widać, że przy zapewnieniu dobrych warunków pracy (w rozumieniu: warunki termiczne i stabilność napięcia zasilania rdzenia), czas pracy MPU sięga 60 lat przy założeniu maksymalnej temperatury struktury nie wyższej niż +75ºC. W przypadku wymagających aplikacji, podczas działania których temperatura struktury może osiągać skrajne dopuszczalne +105ºC, gwarantowany czas niezawodnej pracy MPU wyniesie 9 lat. Dla większości aplikacji przemysłowych te wyniki są zdecydowanie nadmiarowe, ale czy jest coś cenniejszego niż bezpieczeństwo?

 

Rys. 4. Czas niezawodnej pracy przemysłowej wersji MPU z rodziny i.MX 8M w warunkach zalecanych przez producenta

i.MX 8 – dobre, bo polskie!

 

Fot. 5. Wygląd modułu VisionSOM-8Mmini (z pamięcią Flash eMMC)

Być może dla niektórych Czytelników będzie to zaskoczenie, ale mamy w Polsce producenta komputerów wykorzystujących mikroprocesory i.MX8 w rozwiązaniach dostarczanych na rynek. Firma SoMLabs oferuje moduły SOM z mikroprocesorami i.MX8mini i i.MX8nano w ramach rodziny VisionSOM-8Mmini (fot. 5) i VisionSOM-8Mnano. Są one wyposażone w energooszczędną pamięć LPDDR4 o pojemności do 4 GB, pamięć Flash eMMC o pojemności do 32 GB i opcjonalny moduł Wi-Fi/BLE5.2 firmy Murata.

Komputer VisionSOM-8Mmini ma popularny format mechaniczny SO-DIM-M200. Jest to rozwiązanie o dużej odporności mechanicznej i wysokiej trwałości styków, odporne na typowe warunki środowiskowe spotykane w aplikacjach urządzeń embedded.

Z myślą o konstruktorach potrzebujących taniego narzędzia sprzętowego do ewaluacji możliwości VisionSOM- -8Mmini firma SoMLabs opracowała i oferuje płytkę bazową (carrier board) o nazwie VisionCB-8M-STD (fot. 6). Ważnym elementem jej wyposażenia jest licencjonowany debugger J-Link firmy Segger, opcjonalnie można zastosować konwerter MIPI-DSI-HDMI/LVDS (fot. 7), który pozwoli dołączyć do systemu z i.MX8Mmini standardowy wyświetlacz monitorowy.

 

Fot. 6. Płytka bazowa VisionCB-8M-STD została wyposażona m.in. w licencjonowany interfejs J-Link firmy Segger – na zdjęciu z zainstalowanym VisionSOM-8Mmini z pamięcią Flash w postaci karty MicroSD

 

Fot. 7. Płytka bazowa VisionCB-8M-STD została wyposażona m.in. w licencjonowany interfejs J-Link firmy Segger – na zdjęciu z zainstalowanym VisionSOM-8Mmini z pamięcią Flash w postaci karty MicroSD

Podsumowanie

Prezentowane mikroprocesory należą do grona liderów w aplikacjach przemysłowych, a dalsze plany firmy NXP będą je pozycjonować w roli liderów aplikacji Artificial Intelligence oraz automatycznej analizy obrazów. Dotychczas oferowane modele są dostosowane do wymogów współczesnych aplikacji przemysłowych z uwzględnieniem rosnącego znaczenia multimediów i wymogów systemu operacyjnego Android, który obok Linuksa jest wspierany przez NXP. Wybór stał się prostszy?

NXP
www.nxp.com/imx8

SoMLabs, www.somlabs.com/product/visionsom-8mmini-sls23/