英飞凌详解下一代 PSoC Edge AI微控制器
边缘设备正在迅速发展，需要处理越来越复杂的任务，因此需要更强的计算能力，机器学习（ML）为此提供了一个引人注目的解决方案。
在本文中，我们将介绍英飞凌的PSoC Edge——一个增强了机器学习、低功耗、安全性和高级HMI高性能微控制器（MCU）家族，如何帮助设计师为下一代设备创造出色的用户体验。
英飞凌全新的PSoC Edge E81、E83和E84 MCU基于高性能的Arm Cortex-M55内核，支持Arm Helium DSP指令集并搭配Arm Ethos-U55神经网络处理器，以及Cortex-M33内核搭配英飞凌超低功耗NNLite（一种用于加速神经网络的专有硬件加速器）。此外，三个系列均支持丰富的外设集、片上存储器、强大的硬件安全功能和各种连接外设选项，包括内置PHY的USB HS/FS、CAN总线、以太网，支持与WiFi 6、BT/BLE的连接和Matter协议等。PSoC Edge E81 采用Arm Helium DSP技术和英飞凌NNLite神经网络（NN）加速器。PSoC Edge E83和E84内置Arm Ethos-U55微型NPU处理器，与现有的Cortex-M系统相比，其机器学习性能提升了480倍，并且它们支持英飞凌NNlite神经网络加速器，适用于低功耗计算领域的机器学习应用。
PSoC Edge E8x系列的目标应用包括家电和工业设备中的人机界面（HMI）、智能家居和安全系统、机器人和可穿戴设备。这三个系列均支持通过语音/音频感应来实现激活和控制，其中E83和E84 MCU为先进HMI的实现提供了增强功能，包括机器学习唤醒、视觉位置检测和人脸/物体识别。PSoC Edge E84系列还在丰富的功能集基础上增加了低功耗图形显示（最高支持1028x768）。
什么是PSoC？
PSoC（可编程片上系统）是一个多功能且广为人知的微控制器品牌，已存在市场超过20年。PSoC微控制器以其低功耗著称，广泛用于消费类和物联网（IoT）应用。它们提供了包括人工智能（AI）、安全性、集成连接性和可编程性在内的强大功能路线图。
英飞凌技术专家Omar Cruz表示：“PSoC是一款非常成功的微控制器品牌，已经存在了20多年。我们以低功耗微控制器著称，广泛应用于消费类和物联网领域。”
PSoC与其他微控制器有何不同？
从一开始，PSoC就致力于通过集成来降低BOM。与传统的仅包含处理器、内存和接口的微控制器不同，PSoC微控制器提供了更多功能。关键差异包括：
• 可编程性和定制化：PSoC微控制器具有可编程的模拟和数字模块，允许定制化。
• 模拟模块：这些模块便于模拟传感器与微控制器之间的接口。
• CAPSENSE技术：提供电容触摸功能。
• 超低功耗：专为电池供电应用设计，PSoC微控制器在低功耗方面表现出色。
• 集成连接性：支持包括蓝牙低功耗（BLE）和Wi-Fi，这对于现代应用至关重要。
• 人机界面（HMI）：PSoC微控制器以其一流的HMI功能而闻名。
• Cruz详细解释道：“我们一直通过集成降低BOM，我们不仅仅有处理器、内存和接口，还具有可编程性和定制化功能，包括模拟模块和电容触摸技术。”
PSoC的起源
PSoC最初是作为一种外围微控制器，旨在增加特定功能，如电容触摸感应。随着时间的推移，它逐渐发展出更多的计算能力和集成连接性。PSoC 4和PSoC 6的引入带来了额外的计算能力和连接选项，以满足客户对更多性能和边缘计算需求的不断增长。
Cruz回顾了PSoC的起源：“从一开始，我们就致力于增加外围功能，如电容触摸感应。随着时间的推移，我们引入了PSoC 4和PSoC 6，带来了更多的计算能力和连接选项。”
PSoC的应用
PSoC微控制器广泛应用于各个领域：
• 智能家居和消费类物联网：在具有触摸界面的家电中，PSoC微控制器是常见的选择，广泛应用于各种智能家居设备。
• 医疗设备：超低功耗能力使PSoC非常适合需要可靠性和效率的医疗设备。
• 汽车信息娱乐系统：在具有触摸界面的汽车系统中，PSoC微控制器提供了可靠且响应迅速的控制。
• Cruz提到：“我们在智能家居和消费类物联网领域非常有名，许多家电中都使用了PSoC微控制器。在医疗设备和汽车信息娱乐系统中，我们也有广泛的应用。”
PSoC Edge解决的挑战
PSoC Edge旨在解决现代边缘计算和机器学习应用中的几个关键挑战：
• 计算性能：增强的性能是为了处理边缘的机器学习操作。
• 低功耗：对于电池供电的应用至关重要，确保设备能够高效运行而无需频繁更换电池。
• 安全性：通过在边缘处理数据，PSoC Edge减少了设备与云之间的数据传输需求，从而增强了安全性。
• 集成性：将各种接口（如语音、视觉和传感器）集成到一个微控制器中，以简化开发和功能。
• 内存更大：随着应用变得越来越复杂，对更多内存的需求也被PSoC Edge所满足。
• Cruz详细解释道：“我们在PSoC Edge中解决了计算性能、低功耗、安全性、集成性和内存需求等多个关键挑战。”
PSoC Edge与软件
硬件的进步需要强大的软件支持。PSoC Edge与ModusToolbox等软件工具无缝集成，提供驱动程序、中间件和代码示例，以与由Ethos-U55提供的硬件加速器进行交互。此外，英飞凌收购Imagimob解决方案进一步增强了其机器学习能力，能够提供从数据导入到部署的端到端ML解决方案。这种组合使得机器学习模型的优化和快速上市成为可能，为生产就绪的解决方案提供支持。
Cruz解释道：“我们不仅提供硬件，还通过ModusToolbox提供了强大的软件支持，并且收购了Imagimob，增强了我们的机器学习能力，提供端到端的解决方案。”
PSoC 6的详细情况
PSoC 6是2017年推出的产品，具有更高的计算能力和更多的连接选项。PSoC 6专为需要高性能和低功耗的应用而设计，适用于各种复杂的边缘计算和物联网设备。其主要特点包括：
• 双核架构：PSoC 6采用双核架构，具有一个Arm Cortex-M4和一个Arm Cortex-M0+内核，提供灵活的性能和功耗管理。
• 安全功能：PSoC 6集成了硬件加密加速器、可信平台模块（TPM）和安全启动功能，确保数据的安全性和完整性。
• 高性能连接：支持BLE 5.0和Wi-Fi，提供快速可靠的无线连接。
• 丰富的I/O接口：包括多种模拟和数字接口，支持广泛的传感器和外设连接。
• 低功耗设计：优化的电源管理和超低功耗模式，适合电池供电的应用。
最新的PSoC Edge
PSoC Edge 专为下一代响应式计算和控制应用程序而设计，具有硬件辅助机器学习 (ML) 加速功能。 这一新的 MCU 系列通过降低人机交互的门槛和为终端应用程序增加情境感知，使终端产品变得更加智能和直观易用，从而提供更高级别的终端用户体验。 同时，通过嵌入式边缘保护技术提供强大的隐私和安全保护。
PSoC Edge 器件搭载高性能 Arm Cortex-M55 ，包括与 Arm Ethos-U55 和 Cortex-M33配对的 Helium DSP 支持，以及英飞凌的超低网络神经网络加速器。引线器件采用超低功耗22 纳米嵌入式 RRAM 技术。这些器件支持“始终在线”的传感和响应，是智能家居、安防、可穿戴设备、机器人等高级物联网设备的理想选择。PSoC Edge系列器件具有充足的片上存储器，可支持最先进的应用。PSoC Edge 由数十种器件组成，可为日益复杂的下一代智能系统提供可扩展性，同时实现软件重用和可移植性。
PSoC Edge 系列了增强智能性，在上一代 PSoC 设备中提供的大量人机界面模式（触摸、图形、语音）增加了对高级图形、音频和视觉应用的支持。 新系列支持在系列内轻松迁移应用程序，并为前一代设计提供升级途径。
PSoC Edge具有多种潜在的应用领域：
• 智能家居设备：智能恒温器和智能音箱可以学习用户偏好并自动调整设置。
• 工业应用：通过实时数据处理和机器学习提高工厂自动化的安全性和效率。
• 新兴用例：智能炉灶可以识别烹饪进度，洗衣机可以根据污垢水平优化循环，车库门锁自动开关具有先进的安全功能。
• Cruz畅想了未来的应用：“PSoC Edge可以在智能家居设备、工业应用和其他新兴领域中发挥重要作用，带来更智能、更高效的解决方案。”
结论
PSoC结合了先进的硬件功能和强大的软件支持，以满足边缘计算和机器学习应用不断发展的需求。随着设备变得越来越智能和功能强大，PSoC Edge可以帮助设计师创造创新且高效的解决方案。
