初识NXP i.MX RT 系列芯片

鸣涧

初识NXP i.MX RT 系列芯片

一、 什么是 i.MX RT 系列芯片

    i.MX RT 系列芯片，是由 NXP 半导体公司推出的跨界处理器芯片，该系列下又包括 i.MX RT1020 、 i.MX RT1050 及 i.MX RT1060 等子系列芯片。“跨界”是指它自身的定位既不是传统的应用处理器也不是传统的微控制器。

    i.MX RT 系列芯片集成了传统的应用处理器及传统的微控制器即 MCU 的优点，它基于应用处理器的芯片架构，采用了微控制器的内核 Cortex-M7 ，从而具有应用处理器的高性能，又具备传统微控制器的易用、实时处理及低功耗的特性。

    i.MX RT 各系列芯片大同小异，差异主要是在针对不同的应用场景时，受成本限制导致芯片对某些功能有所取舍或侧重。所以，只要掌握其中一种，就可以触类旁通。

二、 i.MX RT 系列芯片的特点

2.1 无需片内闪存，降低成本

    由于跨界处理器采用了应用处理器架构，能够在高级技术节点（ 40nm 和更高水平）上制造，具有大幅缩小的 SRAM 位单元，使得集成高密度 SRAM 比高成本的嵌入式闪存更加经济高效。在跨界设计架构中， SRAM 可以配置为具有“零等待”单周期访问的“紧耦合内存”（ TCM ），从而大幅提升系统性能。凭借这种关键设计特性，跨界处理器的有效性能将远远超出 MCU 同等产品。

2.2 集高性能、低延迟、高能效和安全性于一体

（1）高性能： 对于最为常见的物联网应用，具备高密度片内 TCM 或缓存的跨界处理器的缓存未命中率可低至 1-2% ，因此能够提供明显高于 MCU 的有效性能。

（2）低中断延迟： 跨界处理器采用 MCU 内核构建，因此即使它们采用应用处理器架构，也延续了低中断延迟这一重要特性。跨界处理器的中断延迟最低可达到 10-20ns，而应用处理器的延迟通常长达 1ms 。因此，跨界处理器最适合物联网应用。

（3）高能效： 跨界嵌入式处理器集成了高性能 DC-DC 转换器，并采用行之有效的门控电源技术来优化能效。它采用先进技术节点和低功率处理平台构建，并与低功耗 SRAM 集成，因此与传统 MCU 相比，能够降低整体的动态功耗。

（4）安全性： 跨界处理器解决方案采用硬件加速加密模块，使数据能够以加密的格式存储在外部存储器中。需要时，加密数据被传输至芯片，在读取时“即时”解密，无需经过等待解密的周期。跨界处理器中的这些高级加密加速器能够大幅提高加密/解密吞吐量，从而无需使用片内非易失存储  器来满足安全性的需求。

三、芯片架构

    RT1060 采用的是 Cortex-M7 内核，内核即 CPU，由 ARM 公司设计。 如图 3.1 所示：

图 3.1  i.MX RT 系列芯片架构简图

    芯片内核和外设之间通过各种总线连接：

（1）内核通过 TCM 总线访问芯片内部的 SRAM 存储器，从中加载代码指令执行。

（2）内核通过 AHBP 总线跟芯片上的 GPIO、UART 等外设进行交互，达到控制目的。

（3）内核还可以通过 AXIM 总线接口连接芯片外部的存储器，扩展存储空间。

    从芯片架构图可以看出它并没有像传统的 MCU 一样集成内部 FLASH 存储器，因此该芯片必须依靠一个外部 FLASH 长期保存程序代码，在芯片上电后，它可以直接执行在外部 FLASH 中的代码，这正是 i.MX RT 系列跨界处理器最大的特色。另外，它还可以从外部的 FALSH 加载程序到内部的 SRAM 缓存，然后内核再从内部 SRAM 读取代码来运行。
    本文主要介绍了 i.MX RT 系列芯片的特点、芯片架构。在下一篇《i.MX RT 系列之存储器映射》中将围绕 RT1060 讲解存储器映射以及介绍存储器区域功能的划分。


【参考文献】

• 《IMXRT1060RM》：i.MX RT1060 Processor Reference Manual (nxp.com)
• 《MX RT库开发实战指南——基于i.MXRT1052》：[野火]i.MX RT库开发实战指南——基于i.MXRT1052 文档 (embedfire.com)