RP2350 數(shù)據(jù)手冊(cè)及深度了解功能性能特性和開(kāi)源項(xiàng)目案例

Raspberry Pi RP2350 是 Raspberry Pi 推出的新一代微控制器，它在上一代 RP2040的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大改進(jìn)。本文將深入探討 RP2350 的功能特性、與 RP2040 的比較、A 和 B 型板的差異、開(kāi)發(fā)選擇和限制、GPIO引腳特點(diǎn)以及應(yīng)用案例，特別關(guān)注 USB 主機(jī)和設(shè)備模擬相關(guān)的例子。
數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：rp2350-datasheet.pdf
硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)：*附件：RP2350硬件設(shè)計(jì)手冊(cè).pdf
基于 RP2350 的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（KiCad HuaQiu）

1. RP2350 的功能特性

RP2350 是一款強(qiáng)大的微控制器，具有以下關(guān)鍵特性：

• 雙核架構(gòu)：RP2350 搭載了 雙核 Arm Cortex-M33 處理器或 Hazard3 RISC-V 處理器 ，運(yùn)行頻率高達(dá) 150 MHz，性能遠(yuǎn)超 RP2040。
• 豐富的內(nèi)存：它擁有 520 kB 的片上 SRAM，分為 10 個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)，并支持通過(guò)專用 QSPI 總線連接高達(dá) 16 MB 的外部 QSPI 閃存/PSRAM，此外還可通過(guò)可選的第二個(gè)芯片選擇連接額外的 16 MB 閃存/PSRAM。
• 多功能外設(shè)：RP2350 集成了豐富的 外設(shè) ，包括 2 個(gè) UART、2 個(gè) SPI 控制器、2 個(gè) I2C 控制器、24 個(gè) PWM 通道、支持主機(jī)和設(shè)備模式的 USB 1.1 控制器和 PHY、12 個(gè) PIO 狀態(tài)機(jī)以及 1 個(gè) HSTX 外設(shè)。
• 片上電源管理：它內(nèi)置了開(kāi)關(guān)模式電源，可生成內(nèi)核電壓。
• 靈活的封裝選項(xiàng)：RP2350 提供 QFN-80 (10 × 10 mm) 和 QFN-60 (7 × 7 mm) 兩種封裝選擇，并有帶和不帶封裝內(nèi)閃存的版本。

RP2350 的性能特點(diǎn)：

• 處理器核心
  • 多核架構(gòu) ：采用對(duì)稱雙核心系統(tǒng)，包括兩個(gè)處理器核心，即 Cortex-M33 和 Hazard3，能夠同時(shí)執(zhí)行任務(wù)，提高系統(tǒng)的處理能力和吞吐量。
  • 處理器頻率 ：兩個(gè)核心的運(yùn)行頻率均為 150MHz，能夠快速處理各種計(jì)算任務(wù)。
• 處理器特性
  • 安全擴(kuò)展 ：Cortex-M33 處理器支持 Arm v8-M 安全擴(kuò)展，包括安全啟動(dòng)、加密啟動(dòng)和安全存儲(chǔ)等功能，保障系統(tǒng)的安全性。
  • 中斷處理
    • 中斷控制器 ：具有強(qiáng)大的中斷控制器，能夠處理多達(dá) 52 個(gè)中斷信號(hào)，包括外部中斷、定時(shí)器中斷、DMA 中斷等。
    • 中斷優(yōu)先級(jí) ：中斷具有優(yōu)先級(jí)設(shè)置，能夠確保重要的中斷信號(hào)得到及時(shí)處理。
  • 調(diào)試和跟蹤
    • 調(diào)試接口 ：提供了多種調(diào)試接口，包括 SWD（Serial Wire Debug）和 JTAG（Joint Test Action Group）接口，方便開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行調(diào)試和程序開(kāi)發(fā)。
    • 跟蹤功能 ：支持 CoreSight 跟蹤功能，能夠?qū)μ幚砥鞯膱?zhí)行過(guò)程進(jìn)行跟蹤和分析，幫助開(kāi)發(fā)人員找出程序中的問(wèn)題。
• 性能指標(biāo)
  • 運(yùn)算能力 ：Cortex-M33 處理器具有豐富的指令集和高性能的運(yùn)算單元，能夠快速執(zhí)行各種運(yùn)算任務(wù)，如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位操作等。
  • 緩存性能 ：芯片具有一定容量的緩存，包括指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，能夠提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度和效率。
  • 功耗管理 ：支持多種功耗管理模式，包括睡眠模式、深度睡眠模式和休眠模式等，能夠根據(jù)系統(tǒng)的工作負(fù)載自動(dòng)調(diào)整功耗，降低系統(tǒng)的能耗。

2. 與 RP2040 的比較

與上一代 RP2040 相比，RP2350 具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 更高的時(shí)鐘頻率：RP2350 的時(shí)鐘頻率為 150 MHz，而 RP2040 為 133 MHz。
• 更多的引腳和 GPIO：RP2350 B 型號(hào)具有 80 個(gè)引腳和 48 個(gè) GPIO，而 RP2040 只有 40 個(gè)引腳和 26 個(gè) GPIO。
• 更大的內(nèi)存容量：RP2350 集成了 520 KB 的 SRAM，而 RP2040 只有 264 KB。 此外，RP2354 型號(hào)還內(nèi)置了 2 MB 閃存，而 RP2040 則需要外部閃存芯片。
• 更多的模擬輸入：RP2350 B 型號(hào)具有 8 個(gè)模擬輸入，而 RP2040 和 RP2350 A 型號(hào)只有 4 個(gè)。
• 更強(qiáng)大的內(nèi)核：RP2350 采用了 Arm Cortex-M33 內(nèi)核，它基于 Armv8-M 架構(gòu)，支持硬件除法和更多 32 位指令，性能和功耗都優(yōu)于 RP2040 的 Arm Cortex-M0+ 內(nèi)核。
• 增強(qiáng)的安全性：Cortex-M33 內(nèi)核增強(qiáng)了安全性，更適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3. RP2350 A 和 B 型板的區(qū)別

RP2350 分為 A 和 B 兩個(gè)型號(hào)，主要區(qū)別在于封裝尺寸、引腳數(shù)量和 GPIO 數(shù)量：

• RP2350A 采用 QFN-60 封裝，具有 60 個(gè)引腳和 30 個(gè) GPIO。
• RP2350B 采用 QFN-80 封裝，具有 80 個(gè)引腳和 48 個(gè) GPIO。

此外，B 型號(hào)還具有 8 個(gè)模擬輸入，而 A 型號(hào)只有 4 個(gè)。 選擇哪種型號(hào)取決于項(xiàng)目的具體需求，如果需要更多的 GPIO 或模擬輸入，則應(yīng)選擇 B 型號(hào)。

4. 開(kāi)發(fā)選擇和限制

RP2350 的開(kāi)發(fā)工具和軟件支持非常豐富，但也存在一些限制：

• 官方 SDK：Raspberry Pi 提供了官方 SDK，支持使用 C/C++、MicroPython 和 CircuitPython 等語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
• VS Code 集成：推薦使用 Visual Studio Code 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它提供了 Raspberry Pi Pico 擴(kuò)展，可以方便地創(chuàng)建、編譯和調(diào)試項(xiàng)目。
• 啟動(dòng)過(guò)程復(fù)雜：RP2350 的啟動(dòng)過(guò)程比 RP2040 復(fù)雜得多，需要仔細(xì)研究數(shù)據(jù)手冊(cè)才能理解。
• 工具鏈差異：RP2350 的工具鏈與 RP2040 不同，需要安裝新的編譯器和調(diào)試器。
• 裸機(jī)編程挑戰(zhàn)：由于啟動(dòng)過(guò)程和工具鏈的差異，進(jìn)行裸機(jī)編程比較困難，需要深入了解芯片架構(gòu)和啟動(dòng)流程。

5. RP2350 GPIO 的引腳特點(diǎn)

RP2350 的 GPIO 引腳具有以下特點(diǎn)：

• 多功能性：每個(gè) GPIO 引腳都可以連接到多種內(nèi)部外設(shè)，也可以通過(guò)軟件直接控制。
• 模擬輸入功能：部分 GPIO 引腳具有模擬輸入功能，可以連接到 ADC 進(jìn)行電壓采樣。
• 可配置性：GPIO 引腳的方向、輸出電平和輸入電平都可以通過(guò) GPIO 控制寄存器進(jìn)行配置。
• 隔離寄存器：RP2350 新增了隔離寄存器，可以在低功耗狀態(tài)下保存焊盤狀態(tài)，由軟件清除。

6. 應(yīng)用案例

RP2350 適用于各種應(yīng)用場(chǎng)景，以下是一些與 USB 主機(jī)和設(shè)備模擬相關(guān)的例子：

• USB 主機(jī)：RP2350 可以作為 USB 主機(jī)，連接 USB 設(shè)備，例如鍵盤、鼠標(biāo)、U 盤等。它可以通過(guò) USB 控制器和 PHY 與這些設(shè)備通信，并通過(guò)軟件控制數(shù)據(jù)傳輸。
  • 例如，可以將 RP2350 連接到 U 盤，讀取存儲(chǔ)在 U 盤上的文件，并將文件內(nèi)容顯示在 LCD 屏幕上。
  • 還可以將 RP2350 連接到鍵盤，讀取鍵盤輸入，并將輸入內(nèi)容發(fā)送到另一個(gè)設(shè)備，例如電腦或手機(jī)。
• USB 設(shè)備模擬：RP2350 可以模擬各種 USB 設(shè)備，例如 HID 設(shè)備、串口設(shè)備、大容量存儲(chǔ)設(shè)備等。它可以通過(guò) USB 控制器和 PHY 與主機(jī)通信，并通過(guò)軟件模擬設(shè)備的行為。
  • 例如，可以將 RP2350 模擬成一個(gè) HID 設(shè)備，例如鼠標(biāo)，并將 RP2350 上的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦，控制電腦上的鼠標(biāo)指針。
  • 還可以將 RP2350 模擬成一個(gè)串口設(shè)備，將 RP2350 上的 UART 數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦，實(shí)現(xiàn)與電腦的串口通信。

RP2350 是一款功能強(qiáng)大且靈活的微控制器，它為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了無(wú)限的可能性。 相信隨著 RP2350 生態(tài)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，我們將看到更多基于 RP2350 的創(chuàng)新應(yīng)用。

以下是一些使用樹(shù)莓派 RP2350 的開(kāi)源硬件項(xiàng)目：

RP2350 PicoDVI

• 項(xiàng)目簡(jiǎn)介 ：展示了如何在 RP2350 微控制器上實(shí)現(xiàn) DVI 視頻輸出，通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件算法，將原本復(fù)雜的 DVI 視頻輸出功能移植到微控制器上116。
• 技術(shù)亮點(diǎn) ：利用 RP2350 的 PIO 模塊進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò) DMA 功能高效處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了 TMDS 編碼，并針對(duì) RISC-V 進(jìn)行了匯編優(yōu)化116。
• 應(yīng)用場(chǎng)景 ：適用于需要高清視頻輸出的嵌入式系統(tǒng)，如智能家居設(shè)備、工業(yè)控制面板等，也為學(xué)生和研究人員提供了學(xué)習(xí)和研究的平臺(tái)116。
• 項(xiàng)目地址 ：https://gitcode.com/gh_mirrors/pi/PicoDVI11619。

Arduino-Pico

• 項(xiàng)目簡(jiǎn)介 ：為 Raspberry Pi Pico 和 RP2350 開(kāi)發(fā)板提供 Arduino 核心支持，允許開(kāi)發(fā)者使用熟悉的 Arduino 編程環(huán)境進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā) 2 。
• 核心功能 ：支持多種開(kāi)發(fā)板，豐富的外設(shè)支持，包括 SPI、I2C、UART、PWM、ADC 等，還支持多核處理器的并行編程、網(wǎng)絡(luò)功能、文件系統(tǒng)支持、OTA 升級(jí)、USB 支持和音頻支持等 2 。
• 應(yīng)用場(chǎng)景 ：在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、消費(fèi)電子、教育實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如制作智能小車、構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)發(fā)便攜式音樂(lè)播放器、創(chuàng)建游戲控制器等 13 。
• 項(xiàng)目地址 ：https://gitcode.com/gh_mirrors/ar/arduino-pico21013。

Google Pigweed

• 項(xiàng)目簡(jiǎn)介 ：是一個(gè)嵌入式庫(kù)的集合，可幫助程序員和開(kāi)發(fā)者團(tuán)隊(duì)為使用微控制器的嵌入式設(shè)備構(gòu)建出色的軟件，如 RP2350 及其前身 RP2040415。
• 技術(shù)亮點(diǎn) ：通過(guò) Bazel 進(jìn)行密封式構(gòu)建、閃存和測(cè)試，提供完全開(kāi)源的 Clang/LLVM 嵌入式工具鏈，圍繞合理的、與硬件無(wú)關(guān)的 C++ 構(gòu)建代碼庫(kù)，還支持通過(guò) RPC 與 Pico 通信、在 Visual Studio Code 中進(jìn)行創(chuàng)作、跨平臺(tái)構(gòu)建和工具鏈等 4 。
• 應(yīng)用場(chǎng)景 ：適合大型專業(yè)嵌入式開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在 RP2350 上構(gòu)建原型和產(chǎn)品 4 。
• 項(xiàng)目地址 ：[https://opensource.googleblog.com/2020/03/pigweed-collection-of-embedded-libraries.html]

設(shè)計(jì)參考

簡(jiǎn)述：使用 RP235x 系列芯片創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)

原理圖

評(píng)估板信息

評(píng)估板型號(hào)：Raspberry Pi Pico 2

評(píng)估板圖片

評(píng)估板介紹：Raspberry Pi Pico 2 是一款基于新型 Raspberry Pi RP2350 雙核 RISC-V 或雙核 Cortex-M33 微控制器的 MCU 開(kāi)發(fā)板

*附件：Raspberry Pi Pico 2數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

使用手冊(cè)

Getting started with Raspberry Pi Pico-series Microcontrollers

原理圖

設(shè)計(jì)文件

*附件：RPi-Pico-R3-PUBLIC-20200119.zip (Cadence Allegro)

審核編輯 黃宇