树莓派自研MCU，用了RISC-V，内核令人意外

2024-08-09 01:08

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来源：内容来自半导体行业观察（ID：icbank）综合，谢谢。

Raspberry Pi 宣布推出其第二款微控制器 RP2350，增加了两个 RISC-V 内核以及改进的 Arm 内核、更多 RAM 和安全性。

它最初并不单独发售，将首先作为 Raspberry Pi Pico 2 单板微控制器的一部分发售。其尺寸与原来的 Pico 相同，为 21 x 51 毫米，售价为 5 美元起。

这四个核心在硅片上是独立的，但只有两个可以运行。

“在启动时，CPU0 和 CPU1 都可以独立选择为 Arm 或 RISC-V 处理器。因此：两个 Arm、两个 RISC-V 或各一个——不确定后者是否会成为常见用例，”Raspberry Pi 首席执行官 Eben Upton 告诉《电子周刊》。“当您将 UF2 文件写入闪存时，启动 ROM 将自动检测二进制文件的体系结构并选择正确的内核来运行它。该芯片配备所有内核，您可以通过写入 OTP 位选择永久禁用一个或另一个体系结构。”

Arm 内核是功能更强大的 Cortex-M33 的 150MHz 版本（高于 RP2040 中的 133MHz Cortex-M0+ 对），而对于其 RISC-V，Raspberry Pi 选择了开源 Hazard3 3 级处理器，该处理器执行 RV32I 指令集和可选扩展。

Cortex-M33 是安全增强型 Cortex-M3，它具有 Arm 的 TrustZone 的微控制器版本，为 RP2350 增加了：签名启动、用于密钥存储的 8kbyte 防熔丝一次性存储器、SHA256 加速、硬件真随机数生成器和故障检测器。

Raspberry Pi 表示：“这些功能（包括安全启动 ROM）让专业用户可以放心地将 RP2350 和 Pico 2 集成到产品中。”

Hazard3 RISC-V 架构师 Luke Wren 告诉《电子周刊》：“除了 Cortex-M33 内部外设（如 SAU）、Cortex-M33 协处理器（如 RCP）以及用于安全启动的启动 ROM 支持外，其他一切都可用。因此，AccessCTRL 总线过滤、AccessCTRL GPIO 过滤和 DMA 通道分配等功能都可以免费使用。”

Wren 为 Raspberry Pi 工作，他的 GitHub 上有 Hazard3 的详细信息。他是否先创建了 Hazard3，然后才决定将其添加到 RP2350？

“大体上是的”，首席执行官 Upton 表示。“不过，对扩展（尤其是代码密度）的关注或许是出于将内容塞入引导 ROM 的需求。”

迁移到 Cortex-M33 还带来了 32 位乘法和除法，以及迁移到 ARMv8-M 指令集（从 Armv6-M）。

除了核心之外，RP2350 IC 还具有 520kbyte 的 SRAM。与早期的 RP2040 一样，没有片上闪存，但 Pico 2 板增加了一个 4Mbyte QSPI 闪存 IC。

外设包括 2 个 UART、2 个 SPI 控制器、2 个 I 2 C 控制器、24 个 PWM 通道、一个支持主机和设备的 USB 1.1 控制器（和 PHY）以及 12 个公司的“PIO”外设状态机。

这与 Raspberry Pi 的第一个 MCU RP2040 类似，只是早期版本只有 16 个 PWM 通道和 8 个 PIO。

Pico 2 上的 26 个多用途 GPIO 引脚中，有 4 个也可用作 ADC 输入。

操作范围为 1.8 至 5.5Vdc，以及 -20°C 至 +85°C。

编程需要使用 C、C++ 和 Python，所有这些都将提供文档支持。

Raspberry Pi Pico 2 将以单独出售或 480 个为一卷的形式出售，“Raspberry Pi Pico 2 将至少持续生产到 2040 年 1 月”，该组织表示。

树莓派关于新MCU介绍

我们很高兴地宣布推出Raspberry Pi Pico 2，这是我们的第二代微控制器板，基于 RP2350 构建：一种在 Raspberry Pi 设计的新型高性能、安全微控制器。

Pico 2 具有更高的核心时钟速度、两倍的内存、更强大的 Arm 核心、新的安全功能以及升级的接口功能，可显著提升性能和功能，同时保留与 Pico 系列早期成员的硬件和软件兼容性。

Pico 2现已发售，售价 5 美元。

RP2040：工程师的微控制器

早在 2021 年 1 月，我们推出了原版 Pico 和我们的RP2040微控制器，令所有人大吃一惊。自那以后的三年半里，我们已经售出了近四百万台 Pico 及其支持无线功能的兄弟产品 Pico W。RP2040 本身已在无数第三方开发板以及从弹球桌到合成器的 OEM 产品中占有一席之地。

多年来，我们用过很多其他微控制器，而我们打造的 RP2040 正是我们一直想要的微控制器：两个快速的 32 位内核、大量片上 RAM 和灵活的接口（得益于我们的可编程 I/O (PIO) 子系统）——所有这些都通过确定性总线结构连接在一起，这让最优秀的开发人员能够从系统中榨干每一滴并发能力。我们已经看到了一些令人惊叹的强大功能演示：从我们自己的 Graham Sanderson 的DOOM移植版；到 Dmitry Grinberg 的PalmOS移植版；再到 Kevin Vance 的“无 CPU” Commodore 64 卡带。

但是，尽管 RP2040 取得了超出我们想象的成功，但我们始终知道我们可以做得更好。我们自己的列表中有一些功能第一次没有被列入：片上存储；低功耗空闲状态；封装选项。并且还有 RP2040 用户大军要求的新功能：更快的内核；更多的 RAM；代码保护。

新的RP2350

因此，两年前，在Raspberry Pi 5的 RP1 I/O 控制器问世后，Raspberry Pi 芯片团队开始着手开发RP2350。这款设计比 RP2040 复杂得多，其特点包括：

两个 150MHz Arm Cortex-M33 内核，支持浮点和 DSP
10 个可同时访问的存储体中有 520KB 片上 SRAM
围绕 Cortex-M 的 Arm TrustZone 构建的全面安全架构，包括：
签名启动支持
8KB 片上反熔丝一次性可编程 (OTP) 存储器
SHA-256 加速
硬件真随机数生成器 (TRNG)
片上开关电源和低静态电流 LDO
十二个升级的PIO状态机
用于高速数据传输的新型 HSTX 外设
支持外部 QSPI PSRAM

RP2040 仅提供单一 7×7mm、QFN56 封装选项，而这次我们提供以下选择：带有 30 个 GPIO 的 7×7mm、QFN60 封装（RP2350A）或带有 48 个 GPIO 的 10×10mm、QFN80 封装（RP2350B）；并且每个版本都有带有 2MB 堆叠封装 QSPI 闪存的变体（RP2354A 和 RP2354B）。

我们始终坚持价格实惠的宗旨：尽管我们的硅片尺寸现在达到惊人的 5.3mm2 ，而 RP2040 的硅片尺寸仅为 2mm2 ，但 RP2350A 仅贵 10 美分，3,400 片卷盘价格为 0.80 美元，单片数量价格为 1.10 美元。RP2350B 的价格比 RP2350A 贵 10 美分，而 RP2354 型号的价格仅比无闪存型号贵 20 美分。

树莓派总结说，RP2350 是 Raspberry Pi 的一款高性能、安全、低成本、易于使用的微控制器。

它具有大容量片上内存、对称双核处理器复合体、确定性总线结构和丰富的外设集，并配有我们独特的可编程 I/O (PIO) 子系统，为专业用户提供无与伦比的功能和灵活性。它具有详细的文档、完善的 MicroPython 端口和 ROM 中的 UF2 引导加载程序，为初学者和业余爱好者提供了最低的入门门槛。

RP2350 是一款无状态设备，支持从外部 QSPI 内存缓存执行。此设计决策允许您为您的应用选择合适的非易失性存储密度，并受益于商品闪存部件的低价。

RP2350 采用现代 40nm 工艺节点制造，具有高性能、低动态功耗和低泄漏，并具有多种低功耗模式，支持使用电池供电长时间运行。

主要特点包括：

双 Cortex-M33 或 Hazard3 处理器，最高频率 150MHz
520KB多组高性能SRAM
通过专用 QSPI 总线支持高达 16MB 的片外闪存
DMA 控制器

全连接 AHB 交叉开关
片上可编程 LDO 产生核心电压
2 个片上 PLL，用于生成 USB 和核心时钟
30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入

外设

2 个 UART
2个SPI控制器
2 个 I2C 控制器
24 个 PWM 通道
USB 1.1 控制器和 PHY，具有主机和设备支持
3 个可编程 IO (PIO) 块，总共 12 个状态机

RP2350 具有全面的安全架构，围绕 Arm TrustZone for Cortex-M 构建，包括以下功能：

签名启动支持
8KB 片上反熔丝一次性可编程 (OTP) 存储器
SHA-256 加速
硬件真随机数生成器 (TRNG)

值得一提的是，RP2350 还有一项额外功能，那就是集成了一对开放硬件Hazard3 RISC-V 内核，可以在启动时替换 Cortex-M33 内核。我们的启动 ROM 甚至可以自动检测已构建第二阶段二进制文件的架构，并将芯片重新启动到适当的模式。除了少数安全功能和双精度浮点加速器外，芯片的所有功能均可在 RISC-V 模式下使用。

Hazard3 是由 Luke Wren 利用业余时间开发的，他目前是 Raspberry Pi 芯片团队的首席工程师。作为一个独立项目，它是一项智力上的杰作：高度优化的三级流水线处理器，实现 RV32I 指令集，以及大量针对性能和代码密度的标准扩展。如果您想了解更多信息，我建议您浏览Luke 在 Twitter/X 上的历史帖子，其中详细介绍了开发过程。

通过将 Hazard3 添加到 RP2350，我们旨在让软件开发人员有机会在稳定、支持良好的环境中试验 RISC-V 架构，并将 Hazard3 推广为干净、开放的核心，适合在其他设备中逐字使用，或作为进一步开发的基础。

参考链接

https://www.raspberrypi.com/news/raspberry-pi-pico-2-our-new-5-microcontroller-board-on-sale-now/

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