Raspberry Pi ontwerpt zijn eigen MCU samen met $4 board

Raspberry Pi heeft zijn eigen microcontroller (MCU), de RP2040, ontworpen en een nieuw $4-bord gelanceerd op basis van de nieuwe MCU, de Raspberry Pi Pico, programmeerbaar in C en MicroPython.

De RP2040 is voorzien van een dual-core Arm Cortex-M0+ processor met 264 KB intern RAM-geheugen en ondersteuning voor maximaal 16 MB off-chip Flash. Een breed scala aan flexibele I/O-opties omvat I2C, SPI en programmeerbare I/O (PIO). De chief operating officer van Raspberry Pi, James Adams, zei in een blog:"We hadden drie belangrijke ontwerpdoelen voor RP2040:hoge prestaties, met name voor integere workloads; flexibele I/O, zodat we met bijna elk extern apparaat kunnen praten; en natuurlijk lage kosten, om toetredingsdrempels weg te nemen. We eindigden met een ongelooflijk krachtige kleine chip, die dit alles in een 7 × 7 mm QFN-56-pakket propte dat slechts twee vierkante millimeter 40 nm silicium bevat."

Hij voegde eraan toe dat met zes onafhankelijke RAM-banken en een volledig aangesloten schakelaar in het hart van de busstructuur, het gemakkelijk is om de cores en DMA-engines zonder ruzie parallel te laten werken. Omdat de Cortex-M0+ geen drijvende-komma-eenheid heeft, had Raspberry Pi bovendien geoptimaliseerde drijvende-kommafuncties besteld bij Mark Owen, auteur van de Qfplib-bibliotheken; deze zijn aanzienlijk sneller dan hun GCC-bibliotheekequivalenten en zijn gelicentieerd voor gebruik op elk op RP2040 gebaseerd product.

Adams zei:"Met twee snelle cores en een grote hoeveelheid on-chip RAM is de RP2040 een geweldig platform voor machine learning-toepassingen. Voor ervaren gebruikers bieden we een complete C SDK, een op GCC gebaseerde toolchain en Visual Studio Code-integratie. Voor beginners en andere gebruikers die de voorkeur geven aan talen op hoog niveau, hebben we samengewerkt met Damien George, de maker van MicroPython, om een ​​gepolijste poort voor RP2040 te bouwen; het onthult alle hardwarefuncties van de chip, inclusief ons innovatieve PIO-subsysteem. En onze vriend Aivar Annamaa heeft RP2040 MicroPython-ondersteuning toegevoegd aan de populaire Thonny IDE.”

In zijn blog legde Adams de redenen uit om zijn eigen silicium te produceren. Hij zei dat de Raspberry Pi behoorlijk succesvol is geweest in het helpen overbruggen van de werelden van software en hardware, en als gevolg daarvan zijn er tot nu toe 37 miljoen stuks verkocht. Hij zei echter dat de bestaande boards wel limieten hebben - bijvoorbeeld een Raspberry Pi Zero verbruikt in de orde van 100 mW; Raspberry Pi alleen ondersteunt geen analoge invoer; en hoewel het mogelijk is om 'bare metal'-software op een Raspberry Pi uit te voeren, is software die onder een algemeen besturingssysteem zoals Linux draait niet goed geschikt voor low-latency-controle van individuele I/O-pinnen.

Hij voegde eraan toe dat veel applicaties de neiging hebben om hun Raspberry Pi te koppelen aan een microcontroller. Terwijl de Raspberry Pi de berekening, netwerktoegang en opslag zou kunnen doen, verwerkte de microcontroller analoge invoer en I/O met lage latentie.

Door zijn eigen silicium te maken, zou het dus de prestaties, I/O en kosten kunnen verbeteren. Bij de ontwikkeling van de RP2040, zei hij, hadden ze de lessen getrokken uit het gebruik van andere microcontrollers in Raspberry Pi-producten.

Naast de microcontroller en het bord, zei Raspberry Pi dat het ook met verschillende partners heeft samengewerkt om zowel een aantal andere borden te maken op basis van het RP2040-siliciumplatform als accessoires voor de Raspberry Pi Pico. Deze partners zijn onder meer Adafruit, Arduino, Pimoroni en Sparkfun.

Belangrijkste kenmerken van de RP2040

• Dual-core Arm Cortex-M0+ @ 133MHz
• 264 KB (weet je nog kilobytes?) on-chip RAM
• Ondersteuning voor maximaal 16 MB off-chip Flash-geheugen via speciale QSPI-bus
• DMA-controller
• Interpolator en integer divider randapparatuur
• 30 GPIO-pinnen, waarvan 4 kunnen worden gebruikt als analoge ingangen
• 2 × UART's, 2 × SPI-controllers en 2 × I2C-controllers
• 16 × PWM-kanalen
• 1 × USB 1.1-controller en PHY, met host- en apparaatondersteuning
• 8 × Raspberry Pi programmeerbare I/O (PIO) statusmachines
• USB-opstartmodus voor massaopslag met UF2-ondersteuning, voor programmeren via slepen en neerzetten.

Het $4-bord

Samen met de nieuwe microcontroller introduceerde het bedrijf ook een $ 4 bord, de Raspberry Pi Pico. Dit combineert de RP2040 met 2 MB Flash-geheugen en een voedingschip die ingangsspanningen van 1,8-5,5V ondersteunt. Hierdoor kan de Pico worden gevoed vanuit een groot aantal verschillende bronnen, waaronder twee of drie AA-cellen in serie, of een enkele lithium-ioncel.

Het Pico-bord heeft een enkele drukknop, die kan worden gebruikt om tijdens het opstarten naar de USB-massaopslagmodus te gaan en ook als algemene ingang, en een enkele LED. Het stelt 26 van de 30 GPIO-pinnen op de RP2040, inclusief drie van de vier analoge ingangen, bloot aan 0,1”-pitchpads; headers kunnen op deze pads worden gesoldeerd of hun gekartelde randen zorgen ervoor dat Pico rechtstreeks op een dragerplaat kan worden gesoldeerd. Volumeklanten kunnen vooraf opgerolde Pico-eenheden kopen. De Pico PCB-lay-out is mede ontworpen met de RP2040 silicium en verpakking:een tweelaagse PCB met een solide grondvlak en een GPIO-uitbraak waarvan Adams zei dat hij "gewoon werkt".

Volledige technische specificaties van de RP2040, de Raspberry Pi Pico en de software development kit (SDK), of het nu voor C/C++ of MicroPython is, zijn hier beschikbaar.