樹(shù)莓派自研MCU，用了RISC-V，內(nèi)核令人意外

Raspberry Pi 宣布推出其第二款微控制器 RP2350，增加了兩個(gè) RISC-V 內(nèi)核以及改進(jìn)的 Arm 內(nèi)核、更多 RAM 和安全性。

它最初并不單獨(dú)發(fā)售，將首先作為 Raspberry Pi Pico 2 單板微控制器的一部分發(fā)售 。其尺寸與原來(lái)的 Pico 相同，為 21 x 51 毫米，售價(jià)為 5 美元起。

這四個(gè)核心在硅片上是獨(dú)立的，但只有兩個(gè)可以運(yùn)行。

“在啟動(dòng)時(shí)，CPU0 和 CPU1 都可以獨(dú)立選擇為 Arm 或 RISC-V 處理器。因此：兩個(gè) Arm、兩個(gè) RISC-V 或各一個(gè)——不確定后者是否會(huì)成為常見(jiàn)用例，”Raspberry Pi 首席執(zhí)行官Eben Upton告訴《電子周刊》?！爱?dāng)您將 UF2 文件寫(xiě)入閃存時(shí)，啟動(dòng) ROM 將自動(dòng)檢測(cè)二進(jìn)制文件的體系結(jié)構(gòu)并選擇正確的內(nèi)核來(lái)運(yùn)行它。該芯片配備所有內(nèi)核，您可以通過(guò)寫(xiě)入OTP位選擇永久禁用一個(gè)或另一個(gè)體系結(jié)構(gòu)。”

Arm 內(nèi)核是功能更強(qiáng)大的 Cortex-M33 的 150MHz 版本（高于 RP2040 中的 133MHz Cortex-M0+ 對(duì)），而對(duì)于其 RISC-V，Raspberry Pi 選擇了開(kāi)源 Hazard3 3 級(jí)處理器，該處理器執(zhí)行 RV32I 指令集和可選擴(kuò)展。

Cortex-M33 是安全增強(qiáng)型 Cortex-M3，它具有 Arm 的 TrustZone 的微控制器版本，為 RP2350 增加了：簽名啟動(dòng)、用于密鑰存儲(chǔ)的 8kbyte 防熔絲一次性存儲(chǔ)器、SHA256 加速、硬件真隨機(jī)數(shù)生成器和故障檢測(cè)器。

Raspberry Pi 表示：“這些功能（包括安全啟動(dòng) ROM）讓專(zhuān)業(yè)用戶(hù)可以放心地將 RP2350 和 Pico 2 集成到產(chǎn)品中?！?/p>

Hazard3 RISC-V 架構(gòu)師 Luke Wren 告訴《電子周刊》：“除了 Cortex-M33 內(nèi)部外設(shè)（如 SAU）、Cortex-M33 協(xié)處理器（如 RCP）以及用于安全啟動(dòng)的啟動(dòng) ROM 支持外，其他一切都可用。因此，AccessCTRL 總線過(guò)濾、AccessCTRL GPIO 過(guò)濾和 DMA 通道分配等功能都可以免費(fèi)使用?！?/p>

Wren 為 Raspberry Pi 工作，他的 GitHub 上有 Hazard3 的詳細(xì)信息。他是否先創(chuàng)建了 Hazard3，然后才決定將其添加到 RP2350？

“大體上是的”，首席執(zhí)行官 Upton 表示?！安贿^(guò)，對(duì)擴(kuò)展（尤其是代碼密度）的關(guān)注或許是出于將內(nèi)容塞入引導(dǎo) ROM 的需求。”

遷移到 Cortex-M33 還帶來(lái)了 32 位乘法和除法，以及遷移到 ARMv8-M 指令集（從 Armv6-M）。

除了核心之外，RP2350 IC 還具有 520kbyte 的 SRAM。與早期的 RP2040 一樣，沒(méi)有片上閃存，但 Pico 2 板增加了一個(gè) 4Mbyte QSPI 閃存 IC。

外設(shè)包括 2 個(gè) UART、2 個(gè) SPI 控制器、2 個(gè) I 2 C 控制器、24 個(gè) PWM 通道、一個(gè)支持主機(jī)和設(shè)備的 USB 1.1 控制器（和 PHY）以及 12 個(gè)公司的“PIO”外設(shè)狀態(tài)機(jī)。

這與 Raspberry Pi 的第一個(gè) MCU RP2040 類(lèi)似，只是早期版本只有 16 個(gè) PWM 通道和 8 個(gè) PIO。

Pico 2 上的 26 個(gè)多用途 GPIO 引腳中，有 4 個(gè)也可用作 ADC 輸入。

操作范圍為 1.8 至 5.5Vdc，以及 -20°C 至 +85°C。

編程需要使用 C、C++ 和 Python，所有這些都將提供文檔支持。

Raspberry Pi Pico 2 將以單獨(dú)出售或 480 個(gè)為一卷的形式出售，“Raspberry Pi Pico 2 將至少持續(xù)生產(chǎn)到 2040 年 1 月”，該組織表示。

樹(shù)莓派關(guān)于新MCU介紹

我們很高興地宣布推出Raspberry Pi Pico 2，這是我們的第二代微控制器板，基于 RP2350 構(gòu)建：一種在 Raspberry Pi 設(shè)計(jì)的新型高性能、安全微控制器。

Pico 2 具有更高的核心時(shí)鐘速度、兩倍的內(nèi)存、更強(qiáng)大的 Arm 核心、新的安全功能以及升級(jí)的接口功能，可顯著提升性能和功能，同時(shí)保留與 Pico 系列早期成員的硬件和軟件兼容性。

Pico 2現(xiàn)已發(fā)售，售價(jià) 5 美元。

RP2040：工程師的微控制器

早在 2021 年 1 月，我們推出了原版 Pico 和我們的RP2040微控制器，令所有人大吃一驚。自那以后的三年半里，我們已經(jīng)售出了近四百萬(wàn)臺(tái) Pico 及其支持無(wú)線功能的兄弟產(chǎn)品 Pico W。RP2040 本身已在無(wú)數(shù)第三方開(kāi)發(fā)板以及從彈球桌到合成器的 OEM 產(chǎn)品中占有一席之地。

多年來(lái)，我們用過(guò)很多其他微控制器，而我們打造的 RP2040 正是我們一直想要的微控制器：兩個(gè)快速的 32 位內(nèi)核、大量片上 RAM 和靈活的接口（得益于我們的可編程 I/O (PIO) 子系統(tǒng)）——所有這些都通過(guò)確定性總線結(jié)構(gòu)連接在一起，這讓最優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)人員能夠從系統(tǒng)中榨干每一滴并發(fā)能力。我們已經(jīng)看到了一些令人驚嘆的強(qiáng)大功能演示：從我們自己的 Graham Sanderson 的DOOM移植版；到 Dmitry Grinberg 的PalmOS移植版；再到Kevin Vance的“無(wú) CPU” Commodore 64 卡帶。

但是，盡管 RP2040 取得了超出我們想象的成功，但我們始終知道我們可以做得更好。我們自己的列表中有一些功能第一次沒(méi)有被列入：片上存儲(chǔ)；低功耗空閑狀態(tài)；封裝選項(xiàng)。并且還有 RP2040 用戶(hù)大軍要求的新功能：更快的內(nèi)核；更多的 RAM；代碼保護(hù)。

新的RP2350

因此，兩年前，在Raspberry Pi 5的 RP1 I/O 控制器問(wèn)世后，Raspberry Pi 芯片團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)RP2350。這款設(shè)計(jì)比 RP2040 復(fù)雜得多，其特點(diǎn)包括：

兩個(gè) 150MHz Arm Cortex-M33 內(nèi)核，支持浮點(diǎn)和 DSP

10 個(gè)可同時(shí)訪問(wèn)的存儲(chǔ)體中有 520KB 片上 SRAM

圍繞 Cortex-M 的 Arm TrustZone 構(gòu)建的全面安全架構(gòu)，包括：

簽名啟動(dòng)支持

8KB 片上反熔絲一次性可編程 (OTP) 存儲(chǔ)器

SHA-256 加速

硬件真隨機(jī)數(shù)生成器 (TRNG)

片上開(kāi)關(guān)電源和低靜態(tài)電流 LDO

十二個(gè)升級(jí)的PIO狀態(tài)機(jī)

用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦?HSTX 外設(shè)

支持外部 QSPI PSRAM

RP2040 僅提供單一 7×7mm、QFN56 封裝選項(xiàng)，而這次我們提供以下選擇：帶有 30 個(gè) GPIO 的 7×7mm、QFN60 封裝（RP2350A）或帶有 48 個(gè) GPIO 的 10×10mm、QFN80 封裝（RP2350B）；并且每個(gè)版本都有帶有 2MB 堆疊封裝 QSPI 閃存的變體（RP2354A 和 RP2354B）。

我們始終堅(jiān)持價(jià)格實(shí)惠的宗旨：盡管我們的硅片尺寸現(xiàn)在達(dá)到驚人的 5.3mm2 ，而 RP2040 的硅片尺寸僅為 2mm2 ，但 RP2350A 僅貴 10 美分，3,400 片卷盤(pán)價(jià)格為 0.80 美元，單片數(shù)量?jī)r(jià)格為 1.10 美元。RP2350B 的價(jià)格比 RP2350A 貴 10 美分，而 RP2354 型號(hào)的價(jià)格僅比無(wú)閃存型號(hào)貴 20 美分。

樹(shù)莓派總結(jié)說(shuō)，RP2350 是 Raspberry Pi 的一款高性能、安全、低成本、易于使用的微控制器。

它具有大容量片上內(nèi)存、對(duì)稱(chēng)雙核處理器復(fù)合體、確定性總線結(jié)構(gòu)和豐富的外設(shè)集，并配有我們獨(dú)特的可編程 I/O (PIO) 子系統(tǒng)，為專(zhuān)業(yè)用戶(hù)提供無(wú)與倫比的功能和靈活性。它具有詳細(xì)的文檔、完善的MicroPython端口和 ROM 中的 UF2 引導(dǎo)加載程序，為初學(xué)者和業(yè)余愛(ài)好者提供了最低的入門(mén)門(mén)檻。

RP2350 是一款無(wú)狀態(tài)設(shè)備，支持從外部 QSPI 內(nèi)存緩存執(zhí)行。此設(shè)計(jì)決策允許您為您的應(yīng)用選擇合適的非易失性存儲(chǔ)密度，并受益于商品閃存部件的低價(jià)。

RP2350 采用現(xiàn)代 40nm 工藝節(jié)點(diǎn)制造，具有高性能、低動(dòng)態(tài)功耗和低泄漏，并具有多種低功耗模式，支持使用電池供電長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

主要特點(diǎn)包括：

雙 Cortex-M33 或 Hazard3 處理器，最高頻率 150MHz

520KB多組高性能SRAM

通過(guò)專(zhuān)用 QSPI 總線支持高達(dá) 16MB 的片外閃存

DMA 控制器

全連接 AHB 交叉開(kāi)關(guān)

片上可編程 LDO 產(chǎn)生核心電壓

2 個(gè)片上 PLL，用于生成 USB 和核心時(shí)鐘

30 個(gè) GPIO 引腳，其中 4 個(gè)可用作模擬輸入

外設(shè)

2 個(gè) UART

2個(gè)SPI控制器

2 個(gè) I2C 控制器

24 個(gè) PWM 通道

USB 1.1 控制器和 PHY，具有主機(jī)和設(shè)備支持

3 個(gè)可編程 IO (PIO) 塊，總共 12 個(gè)狀態(tài)機(jī)

RP2350 具有全面的安全架構(gòu)，圍繞 Arm TrustZone for Cortex-M 構(gòu)建，包括以下功能：

簽名啟動(dòng)支持

8KB 片上反熔絲一次性可編程 (OTP) 存儲(chǔ)器

SHA-256 加速

硬件真隨機(jī)數(shù)生成器 (TRNG)

值得一提的是，RP2350 還有一項(xiàng)額外功能，那就是集成了一對(duì)開(kāi)放硬件Hazard3 RISC-V 內(nèi)核，可以在啟動(dòng)時(shí)替換 Cortex-M33 內(nèi)核。我們的啟動(dòng) ROM 甚至可以自動(dòng)檢測(cè)已構(gòu)建第二階段二進(jìn)制文件的架構(gòu)，并將芯片重新啟動(dòng)到適當(dāng)?shù)哪Ｊ?。除了少?shù)安全功能和雙精度浮點(diǎn)加速器外，芯片的所有功能均可在 RISC-V 模式下使用。

Hazard3 是由 Luke Wren 利用業(yè)余時(shí)間開(kāi)發(fā)的，他目前是 Raspberry Pi 芯片團(tuán)隊(duì)的首席工程師。作為一個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目，它是一項(xiàng)智力上的杰作：高度優(yōu)化的三級(jí)流水線處理器，實(shí)現(xiàn) RV32I 指令集，以及大量針對(duì)性能和代碼密度的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展。如果您想了解更多信息，我建議您瀏覽Luke 在 Twitter/X 上的歷史帖子，其中詳細(xì)介紹了開(kāi)發(fā)過(guò)程。

通過(guò)將 Hazard3 添加到 RP2350，我們旨在讓軟件開(kāi)發(fā)人員有機(jī)會(huì)在穩(wěn)定、支持良好的環(huán)境中試驗(yàn) RISC-V 架構(gòu)，并將 Hazard3 推廣為干凈、開(kāi)放的核心，適合在其他設(shè)備中逐字使用，或作為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。