i.MX 8 to najnowsza, ciągle rozbudowywana przez firmę NXP, rodzina mikroprocesorów multimedialnych. Pierwsze mikroprocesory z tej rodziny pojawiły się na rynku w 2014 roku, natomiast kolejne są zapowiadane na rok 2021.

W artykule przedstawiamy charakterystykę rodziny i.MX 8, ze szczególnym uwzględnieniem nowoczesnych podrodzin produkowanych w procesie technologicznym 14LPC FinFET (wymiar charakterystyczny 14 nm). Charakteryzują się one niskim poborem mocy, niską cena, a także wysoką wydajnością.

Konstruktorzy zajmujący się projektowaniem systemów mikroprocesorowych bazujących na mikroprocesorach i.MX nigdy nie mieli łatwego zadania z przyswojeniem detali nomenklatury oznaczeń tych układów. Od historycznych czasów w ramach rodzin i.MX producent lokował układy o często skrajnie odmiennym wyposażeniu. W zapamiętaniu szczegółów wyposażenia MPU nie pomagały także różne sufiksy dodawane do nazw rodzin (jak Lite, Max, Plus itp.). Również definicje poszczególnych wersji nie zawsze były klarowne.

O ile na przyjęty przez NXP styl nazewnictwa można ponarzekać, to same mikroprocesory są inżynierskim i technologicznym majstersztykiem, docenianym przez konstruktorów budujących urządzenia i systemy dla aplikacji przemysłowych. Zarówno podstawowa dokumentacja układów, jak i dodatkowe noty aplikacyjne, w tym analizy termiczne, raporty dotyczące poboru mocy i wyniki różnych testów, są dobrze udokumentowane i pozbawione popularnych współcześnie przesadnych marketingowych „podkolorowań”.

i.MX8 – przegląd rodziny

Rodzina mikroprocesorów i.MX8 składa się z trzech głównych gałęzi:

• i.MX 8 (rysunek 1) – zaawansowane systemy heterogeniczne o maksymalnie sześciu rdzeniach aplikacyjnych (w tym 4 x Cortex-A53 i 2 x Cortex-A72), dwóch rdzeniach real-time (Cortex-M4F), zintegrowanym koprocesorem HIFI4 DSP, sprzętowym kodekiem wideo, a także dwoma koprocesorami graficznymi GPU z możliwością obróbki obrazów 4K,
• Seria i.MX 8M (rysunek 2) – grupa procesorów o maksymalnie 4 rdzeniach Cortex-A53 oraz jednym rdzeniu Cortex-M4F lub Cortex-M7, a także zintegrowanym podsystemem graficznym (GPU) przystosowanym do obróbki grafiki FullHD i opcjonalnym sprzętowym kodekiem wideo,
• i.MX 8X (rysunek 3) – procesory wyposażone w rdzenie Cortex-A35 (do 4) oraz Cortex-M4F, zintegrowany koprocesor HIFI4 DSP, a także sprzętowy kodek wideo i jeden koprocesor graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów 4K.

Rys. 1. Schemat blokowy mikroprocesorów z rodziny i.MX 8

Rys. 2. Schemat blokowy mikroprocesorów z rodziny i.MX 8M

Rys. 3. Schemat blokowy mikroprocesorów z rodziny i.MX 8X

Tańsze serie z rodziny i.MX 8

Zestawienie najważniejszych cech i możliwości poszczególnych rodzin i.MX 8 przedstawiono w tabeli 1. Poza dotychczas wymienionymi są w niej widoczne także trzy podrodziny (ach ta nomenklatura!) i.MX 8M, które są tańszymi (ze względu na zastosowaną ultranowoczesną technologię produkcji) wariantami „dużych” i.MX 8M. Są to podrodziny:

• i.MX 8M Mini – procesory o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych wynoszącej 4 x Cortex-A53, jednym rdzeniem Cortex-M4F, a także sprzętowym kodekiem wideo oraz jednym koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów FullHD,
• Seria i.MX 8M Nano – procesory o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych wynoszącej 4 x Cortex-A53, jednym rdzeniem Cortex-M7, koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów FullHD,
• i.MX 8M Plus – procesory o maksymalnej liczbie rdzeni aplikacyjnych wynoszącej 4 x Cortex-A53, jednym rdzeniem Cortex-M7, sprzętowym kodekiem wideo, koprocesorem graficznym GPU z możliwością obróbki obrazów FullHD, a także dwoma innowacyjnymi podsystemami, które umożliwiają stosowanie tego mikroprocesora w systemach rozpoznawania obrazu i sztucznej inteligencji (AI): Image Signal Processor oraz Neural Processing Unit. Układy z tej podrodziny nie są jeszcze dostępne w sieci dystrybucyjnej. Będą dostępne na początku 2021 roku.

Wymienione powyżej cechy i elementy wyposażenia tylko częściowo charakteryzują poszczególne rodziny, szczegółów trzeba szukać w dokumentacjach. Najważniejsze cechy zestawiono w tabeli 1. Warto wspomnieć, że prezentowane mikroprocesory są wyposażone w interfejsy PCIe (wszystkie oprócz i.MX8Mnano), gigabitowe interfejsy Ethernet, a także nowoczesne interfejsy graficzne (MIPI-DSI, MIPI-CSI, HDMI i LVDS – w zależności od modelu). Standardem jest także zintegrowany kontroler pamięci dynamicznych LPDDR4/DDR4.

Najważniejsze cechy mikroprocesorów i.MX 8

Tab. 1. Zestawienie najważniejszych cech rodzin mikroprocesorów i.MX 8

i.MX 8 – mocy wystarczy

Oferta zawarta w rodzinie i.MX8 może rozczarować fanów multi-GHz, a także spektakularnych wartości innych parametrów. Nie ma w niej bowiem nadmiaru nowości i skłonności do ścigania się.

Dlaczego? Wynika to niewątpliwie z ukierunkowania producenta na rynek przemysłowy. Na nim mniej liczą się rekordy, natomiast znacznie bardziej poczucie spokoju bazującego na zweryfikowanej jakości sprzętu. Dlatego w rodzinie i.MX 8 konstruktorzy i użytkownicy znajdują solidne, zweryfikowane w aplikacjach rozwiązania i moduły interfejsów. Dostają także gwarancję stabilności działania układów przy spełnieniu warunków wyraźnie określonych w dokumentacjach.

Skąd o tym wiemy? Od naszych rodaków – szczegóły poniżej.

i.MX 8 – czuj się bezpiecznie

Niebagatelnym atutem mikroprocesorów z rodziny i.MX8 jest gwarancja długotrwałej dostępności sięgającej aż 15 lat, a także ich dobrze udokumentowana niezawodność. Producent publikuje na swojej stronie internetowej dokumenty, które precyzyjnie ilustrują zagadnienia niezawodności, czego przykładem jest nota aplikacyjna AN12468, w której przedstawiono gwarantowany czas pracy układów. Na zaczerpniętym z tej noty rysunku 4 pokazano czas niezawodnej pracy przemysłowej wersji MPU w warunkach zalecanych przez producenta. Wyraźnie widać, że przy zapewnieniu dobrych warunków pracy (w rozumieniu: warunki termiczne i stabilność napięcia zasilania rdzenia), czas pracy MPU dochodzi 60 lat przy założeniu maksymalnej temperatury struktury nie wyższej niż +75^oC. W przypadku wymagających aplikacji, podczas działania których temperatura struktury może osiągać skrajne dopuszczalne +105^oC, gwarantowany czas niezawodnej pracy MPU wyniesie 9 lat. Dla większości aplikacji przemysłowych te wyniki są zdecydowanie nadmiarowe, ale czy jest coś cenniejszego niż bezpieczeństwo?

Rys. 4. Czas niezawodnej pracy przemysłowej wersji MPU z rodziny i.MX 8M Mini w warunkach zalecanych przez producenta

i.MX 8 – dobre bo polskie!

Być może dla niektórych czytelników będzie to zaskoczenie, ale mamy w Polsce producenta komputerów wykorzystujących mikroprocesory i.MX 8 w rozwiązaniach dostarczanych na rynek. Firma SoMLabs oferuje moduły SoM z mikroprocesorami i.MX 8 Mini i i.MX 8 Nano w ramach rodziny VisionSOM-8Mmini (fotografia 5) i VisionSOM-8Mnano. Są one wyposażone w energooszczędną pamięć LPDDR4 o pojemności do 4 GB, pamięć Flash eMMC o pojemności do 32 GB i opcjonalny moduł Wi-Fi/BLE 5.2 firmy Murata.

Fot. 5. Wygląd modułu VisionSOM-8Mmini (z pamięcią Flash eMMC)

Komputer VisionSOM-8Mmini ma popularny format mechaniczny SODIMM200. Jest to rozwiązanie o wysokiej odporności mechanicznej, a także wysokiej trwałości styków, odporne na typowe warunki środowiskowe spotykane w aplikacjach urządzeń embedded.

Z myślą o konstruktorach potrzebujących taniego narzędzia sprzętowego do ewaluacji możliwości VisionSOM-8Mmini firma SoMLabs opracowała i oferuje płytkę bazową (carrier board) o nazwie VisionCB-8M-STD (fotografia 6). Ważnym elementem jej wyposażenia jest licencjonowany debugger J-Link firmy Segger. Opcjonalnie można też zastosować konwerter MIPI-DSI-HDMI/LVDS (fotografia 7), który pozwoli dołączyć do systemu z i.MX 8M Mini standardowy wyświetlacz monitorowy.

Fot. 6. Płytka bazowa VisionCB-8M-STD została wyposażona m.in. w licencjonowany interfejs J-Link firmy Segger – na zdjęciu z zainstalowanym VisionSOM-8Mmini z pamięcią Flash w postaci karty MicroSD

Fot. 7. Konwerter MIPI-DSI na HDMI/LVDS firmy SoMLabs

Podsumowanie

Prezentowane mikroprocesory należą do grona liderów w aplikacjach przemysłowych, a dalsze plany firmy NXP będą je pozycjonować w roli liderów aplikacji Articficial Intelligence oraz automatycznej analizy obrazów. Dotychczas oferowane modele są dostosowane do wymogów współczesnych aplikacji przemysłowych z uwzględnieniem rosnącego znaczenia multimediów i wymogów systemu operacyjnego Android, który obok Linuksa jest wspierany przez NXP. Wybór stał się prostszy?