Raspberry Pi entwickelt seine eigene MCU zusammen mit einem $4-Board

Raspberry Pi hat seinen eigenen Mikrocontroller (MCU), den RP2040, entwickelt und ein neues $4-Board basierend auf dem neuen MCU, den Raspberry Pi Pico, auf den Markt gebracht, der in C und MicroPython programmierbar ist.

Das RP2040 verfügt über einen Dual-Core-Arm-Cortex-M0+-Prozessor mit 264 KB internem RAM und Unterstützung für bis zu 16 MB Off-Chip-Flash. Eine breite Palette flexibler I/O-Optionen umfasst I2C, SPI sowie programmierbare I/O (PIO). James Adams, Chief Operating Officer von Raspberry Pi, sagte in einem Blog:„Wir hatten drei Hauptdesignziele für RP2040:hohe Leistung, insbesondere für Integer-Workloads; flexible E/A, damit wir mit fast jedem externen Gerät kommunizieren können; und natürlich niedrige Kosten, um Eintrittsbarrieren zu beseitigen. Am Ende hatten wir einen unglaublich leistungsstarken kleinen Chip, der all dies in ein 7 × 7 mm großes QFN-56-Gehäuse mit nur zwei Quadratmillimetern 40-nm-Silizium gepackt hat.“

Er fügte hinzu, dass es mit sechs unabhängigen RAM-Bänken und einem vollständig verbundenen Switch im Herzen der Busstruktur einfach ist, die Kerne und DMA-Engines ohne Konflikte parallel laufen zu lassen. Da dem Cortex-M0+ außerdem eine Gleitkommaeinheit fehlt, hatte Raspberry Pi optimierte Gleitkommafunktionen bei Mark Owen, dem Autor der Qfplib-Bibliotheken, in Auftrag gegeben; diese sind wesentlich schneller als ihre Äquivalente in der GCC-Bibliothek und sind für die Verwendung auf jedem RP2040-basierten Produkt lizenziert.

Adams sagte:„Mit zwei schnellen Kernen und einer großen Menge an On-Chip-RAM ist RP2040 eine großartige Plattform für Anwendungen des maschinellen Lernens. Für Power-User bieten wir ein komplettes C SDK, eine GCC-basierte Toolchain und Visual Studio Code-Integration. Für Anfänger und andere Benutzer, die höhere Sprachen bevorzugen, haben wir mit Damien George, dem Schöpfer von MicroPython, zusammengearbeitet, um einen ausgefeilten Port für RP2040 zu entwickeln. es stellt alle Hardwarefunktionen des Chips bereit, einschließlich unseres innovativen PIO-Subsystems. Und unser Freund Aivar Annamaa hat der beliebten Thonny-IDE RP2040 MicroPython-Unterstützung hinzugefügt.“

In seinem Blog erläuterte Adams die Gründe für die eigene Siliziumproduktion. Er sagte, dass der Raspberry Pi recht erfolgreich bei der Überbrückung der Welten von Software und Hardware gewesen sei, und als Ergebnis davon bis heute 37 Millionen Einheiten verkauft habe. Er sagte jedoch, dass die bestehenden Boards Grenzen haben – zum Beispiel verbraucht ein Raspberry Pi Zero in der Größenordnung von 100 mW; Raspberry Pi allein unterstützt keinen analogen Eingang; und obwohl es möglich ist, „Bare-Metal“-Software auf einem Raspberry Pi auszuführen, ist Software, die unter einem Allzweck-Betriebssystem wie Linux läuft, nicht gut für die Steuerung einzelner I/O-Pins mit geringer Latenz geeignet.

Er fügte hinzu, dass viele Anwendungen dazu neigen, ihren Raspberry Pi mit einem Mikrocontroller zu koppeln. Während der Raspberry Pi die Berechnung, den Netzwerkzugriff und die Speicherung übernimmt, verarbeitet der Mikrocontroller den analogen Eingang und die E/A mit geringer Latenz.

Daher könnte es durch die Herstellung seines eigenen Siliziums Leistung, E/A und Kosten verbessern. Bei der Entwicklung des RP2040, sagte er, hätten sie die Lehren aus der Verwendung anderer Mikrocontroller in Raspberry Pi-Produkten gezogen.

Neben dem Mikrocontroller und dem Board hat Raspberry Pi auch mit verschiedenen Partnern zusammengearbeitet, um sowohl eine Vielzahl anderer Boards auf Basis der RP2040-Siliziumplattform als auch Zubehör für den Raspberry Pi Pico zu entwickeln. Zu diesen Partnern gehören Adafruit, Arduino, Pimoroni und Sparkfun.

Hauptfunktionen des RP2040

• Dual-Core-Arm-Cortex-M0+ @ 133MHz
• 264 KB (erinnern Sie sich an Kilobytes?) On-Chip-RAM
• Unterstützung für bis zu 16 MB Off-Chip-Flash-Speicher über einen dedizierten QSPI-Bus
• DMA-Controller
• Interpolator- und Integer-Teiler-Peripheriegeräte
• 30 GPIO-Pins, davon 4 als analoge Eingänge nutzbar
• 2 × UARTs, 2 × SPI-Controller und 2 × I2C-Controller
• 16 × PWM-Kanäle
• 1 × USB 1.1-Controller und PHY, mit Host- und Geräteunterstützung
• 8 × Raspberry Pi Programmierbare I/O (PIO)-Zustandsmaschinen
• USB-Massenspeicher-Boot-Modus mit UF2-Unterstützung für Drag-and-Drop-Programmierung.

Das 4 $-Brett

Zusammen mit dem neuen Mikrocontroller stellte das Unternehmen auch ein Board für 4 US-Dollar vor, den Raspberry Pi Pico. Dadurch wird der RP2040 mit 2 MB Flash-Speicher und einem Netzteilchip kombiniert, der Eingangsspannungen von 1,8 bis 5,5 V unterstützt. Dadurch kann der Pico aus einer Vielzahl von Quellen mit Strom versorgt werden, einschließlich zwei oder drei AA-Zellen in Reihe oder einer einzelnen Lithium-Ionen-Zelle.

Die Pico-Platine bietet einen einzigen Druckknopf, der verwendet werden kann, um beim Booten in den USB-Massenspeichermodus zu wechseln und auch als allgemeiner Eingang, und eine einzelne LED. Es stellt 26 der 30 GPIO-Pins des RP2040, einschließlich drei der vier analogen Eingänge, auf 0,1-Zoll-Pitch-Pads frei; Auf diese Pads können Header gelötet werden oder Pico kann durch ihre zungenförmigen Kanten direkt auf eine Trägerplatine gelötet werden. Volumenkunden können vorgespulte Pico-Einheiten kaufen. Das Pico-PCB-Layout wurde gemeinsam mit dem RP2040-Silizium und dem Gehäuse entwickelt:ein zweilagiges PCB mit einer soliden Masseebene und einem GPIO-Breakout, von dem Adams sagte, dass es „einfach funktioniert“.

Die vollständigen technischen Spezifikationen des RP2040, des Raspberry Pi Pico und des Software Development Kit (SDK), ob für C/C++ oder MicroPython, finden Sie hier.