反击RISC-V，Arm为高性能MCU添加自定义指令

ARM 开发了其高端 Cortex-M85 微控制器的新版本，允许芯片设计人员为 AI 应用程序添加自定义指令。这是竞争对手 RISC-V 指令集的关键优势之一，标志着 ARM 在本周于德国纽伦堡举行的嵌入式世界 (EW2023) 展览会之前进行反击。

瑞萨电子将展示在上一代 M85 设计上实施人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 的首次现场演示。

第一个演示展示了与英国 ML 初创公司 Plumerai 合作开发的人物检测应用程序，该应用程序可以在不同的光照和环境条件下识别和跟踪相机画面中的人物。

第二个演示展示了一个电机控制预测性维护用例，以及一个基于人工智能的不平衡负载检测应用程序，使用 Tensorflow Lite for Microcontrollers with CMSIS-NN。

最新版本的 M85 内核 Cortex-M85 r1 包含 ARM 自定义指令 (ACI)，允许设计人员直接在控制器上包含自定义数据处理指令。这些是 2019 年在 ARMv8.1 架构中首次提出的，但现在才在设计中实施，部分原因是为了解决基于可定制 RISC-V 指令集的内核日益普及的问题。

“借助 Cortex-M85 上的 ACI，用户不必转向替代架构来实现所需的指令编码。相反，这现在可以在基于 ARM 架构的 CPU 上完成，Cortex-M85 是第一个提供此选项的高性能微控制器。”ARM 说。“通过 ACI，用户可以在经过验证的 AEM 架构中进行创新，同时保持 Cortex-M CPU 的生态系统优势。”

ACI 适用于使用专门的位域处理、三角函数和图像像素操作的应用程序，也可用于加速常用的数据处理功能。它还在 Cortecx-M55 内核上实现。

与此同时，瑞萨正在核心中利用 Helium 技术，该技术将成为 RA (Renesas Advanced) MCU 系列的一部分。Helium 是 ARM 的 M-Profile Vector Extension，作为 Armv8.1M 架构的一部分提供，可促进机器学习 (ML) 和数字信号处理 (DSP) 应用，加速端点 AI 等应用。

瑞萨电子物联网和基础设施业务部高级副总裁 Roger Wendelken 表示：“我们很自豪能够再次引领行业实施采用 Helium 技术的强大的新型 Arm Cortex-M85 处理器。”“通过展示 AI 在新处理器上的性能，我们突出了新平台的技术优势，同时展示了瑞萨在与我们的创新生态系统合作伙伴一起为新兴应用提供解决方案方面的实力。”

“我们很高兴能参加这个开创性的演示，”Plumerai 首席执行官 Roeland Nusselder 说。“带有 Cortex-M85 内核的新型 RA MCU 支持的 ARM Helium 技术显着加速了 Plumerai 推理引擎。”

“这种性能提升将使我们的客户能够使用更大、更准确的 Plumerai People Detection AI 版本，添加额外的产品功能，并延长电池寿命，”他说。“我们的客户对添加在微控制器上运行的新的、更准确的 AI 功能有着永不满足的胃口。与瑞萨一起，我们率先满足了这一需求。”

Cortex-M85 内核支持 ARM TrustZone 以及 Renesas 集成加密引擎、不可变存储、密钥管理和针对 DPA/SPA 边信道攻击的篡改保护。Armv8-M 架构还带来了指针身份验证/分支目标识别 (PAC/BTI) 安全扩展，这是一种新的架构功能，可增强对软件攻击威胁的缓解能力，并有助于获得 PSA Certified Level 2 认证。

瑞萨的灵活软件包 (FSP) 将支持基于 Cortex-M85 内核的新型 RA MCU。通过提供所需的所有基础设施软件，包括多个 RTOS、BSP、外设驱动程序、中间件、连接、网络和安全堆栈以及构建复杂人工智能、电机控制和图形解决方案的参考软件，这可以加快应用程序开发。

它还允许开发人员将他们自己的遗留代码和选择的 RTOS 与 FSP 集成，从而在应用程序开发中提供充分的灵活性。

据Arm介绍，最近嵌入式系统的计算和处理要求显著增加。在物联网领域尤其如此，市场正在将计算需求推向物联网系统的端点设备（例如智能传感器/相机、农业无人机等）。

对更高处理能力的持续需求导致了高性能处理器的实施，例如 Cortex-M85。同时，这增加了对定制硬件加速器的需求，以及轻松集成到现有 CPU 的必要性。通过内部协处理器接口，加速器被视为内存映射 IP。传统的 Cortex-M CPU，如Cortex-M33，实现了这样的接口，允许硬件加速器与处理器紧密集成，并减少数据和指令传输的延迟。然而，一些应用程序需要在 CPU 上执行专门的数据处理功能，以便它们可以直接对通用寄存器进行操作。

这种需求通过Arm 自定义指令 (ACI)得到解决，Cortex-M85 与Cortex-M55一起也实现了此功能。ACI 允许芯片设计人员直接在 Cortex-M 处理器上包含自定义数据处理指令，并使用户能够使用现有的 Cortex-M85 硬件实现自己的指令。

此外，借助 Cortex-M85 上的 ACI，用户不必转向替代架构来实现所需的指令编码。相反，这现在可以在基于 Arm 架构的 CPU 上完成，Cortex-M85 是第一个提供此选项的高性能微控制器。通过 ACI，用户可以在经过验证的 Arm 架构中进行创新，同时保持 Cortex-M CPU 的生态系统优势。

以上所有这些使 ACI 成为一项强大的功能，因为它为低延迟指令提供了性能提升、与现有软件生态系统的轻松集成以及跨 Cortex-M 处理器的可扩展性。ACI 非常适合使用专门的位域处理、三角函数和图像像素操作的应用程序。它还可用于加速常用的数据处理功能。

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