樹莓派自研MCU，用了RISC-V，內核令人意外

Raspberry Pi 宣布推出其第二款微控制器 RP2350，增加了兩個 RISC-V 內核以及改進的 Arm 內核、更多 RAM 和安全性。

它最初并不單獨發(fā)售，將首先作為 Raspberry Pi Pico 2 單板微控制器的一部分發(fā)售 。其尺寸與原來的 Pico 相同，為 21 x 51 毫米，售價為 5 美元起。

這四個核心在硅片上是獨立的，但只有兩個可以運行。

“在啟動時，CPU0 和 CPU1 都可以獨立選擇為 Arm 或 RISC-V 處理器。因此：兩個 Arm、兩個 RISC-V 或各一個——不確定后者是否會成為常見用例，”Raspberry Pi 首席執(zhí)行官Eben Upton告訴《電子周刊》。“當您將 UF2 文件寫入閃存時，啟動 ROM 將自動檢測二進制文件的體系結構并選擇正確的內核來運行它。該芯片配備所有內核，您可以通過寫入OTP位選擇永久禁用一個或另一個體系結構?！?/p>

Arm 內核是功能更強大的 Cortex-M33 的 150MHz 版本（高于 RP2040 中的 133MHz Cortex-M0+ 對），而對于其 RISC-V，Raspberry Pi 選擇了開源 Hazard3 3 級處理器，該處理器執(zhí)行 RV32I 指令集和可選擴展。

Cortex-M33 是安全增強型 Cortex-M3，它具有 Arm 的 TrustZone 的微控制器版本，為 RP2350 增加了：簽名啟動、用于密鑰存儲的 8kbyte 防熔絲一次性存儲器、SHA256 加速、硬件真隨機數(shù)生成器和故障檢測器。

Raspberry Pi 表示：“這些功能（包括安全啟動 ROM）讓專業(yè)用戶可以放心地將 RP2350 和 Pico 2 集成到產品中?！?/p>

Hazard3 RISC-V 架構師 Luke Wren 告訴《電子周刊》：“除了 Cortex-M33 內部外設（如 SAU）、Cortex-M33 協(xié)處理器（如 RCP）以及用于安全啟動的啟動 ROM 支持外，其他一切都可用。因此，AccessCTRL 總線過濾、AccessCTRL GPIO 過濾和 DMA 通道分配等功能都可以免費使用?！?/p>

Wren 為 Raspberry Pi 工作，他的 GitHub 上有 Hazard3 的詳細信息。他是否先創(chuàng)建了 Hazard3，然后才決定將其添加到 RP2350？

“大體上是的”，首席執(zhí)行官 Upton 表示?！安贿^，對擴展（尤其是代碼密度）的關注或許是出于將內容塞入引導 ROM 的需求?！?/p>

遷移到 Cortex-M33 還帶來了 32 位乘法和除法，以及遷移到 ARMv8-M 指令集（從 Armv6-M）。

除了核心之外，RP2350 IC 還具有 520kbyte 的 SRAM。與早期的 RP2040 一樣，沒有片上閃存，但 Pico 2 板增加了一個 4Mbyte QSPI 閃存 IC。

外設包括 2 個 UART、2 個 SPI 控制器、2 個 I 2 C 控制器、24 個 PWM 通道、一個支持主機和設備的 USB 1.1 控制器（和 PHY）以及 12 個公司的“PIO”外設狀態(tài)機。

這與 Raspberry Pi 的第一個 MCU RP2040 類似，只是早期版本只有 16 個 PWM 通道和 8 個 PIO。

Pico 2 上的 26 個多用途 GPIO 引腳中，有 4 個也可用作 ADC 輸入。

操作范圍為 1.8 至 5.5Vdc，以及 -20°C 至 +85°C。

編程需要使用 C、C++ 和 Python，所有這些都將提供文檔支持。

Raspberry Pi Pico 2 將以單獨出售或 480 個為一卷的形式出售，“Raspberry Pi Pico 2 將至少持續(xù)生產到 2040 年 1 月”，該組織表示。

樹莓派關于新MCU介紹

我們很高興地宣布推出Raspberry Pi Pico 2，這是我們的第二代微控制器板，基于 RP2350 構建：一種在 Raspberry Pi 設計的新型高性能、安全微控制器。

Pico 2 具有更高的核心時鐘速度、兩倍的內存、更強大的 Arm 核心、新的安全功能以及升級的接口功能，可顯著提升性能和功能，同時保留與 Pico 系列早期成員的硬件和軟件兼容性。

Pico 2現(xiàn)已發(fā)售，售價 5 美元。

RP2040：工程師的微控制器

早在 2021 年 1 月，我們推出了原版 Pico 和我們的RP2040微控制器，令所有人大吃一驚。自那以后的三年半里，我們已經售出了近四百萬臺 Pico 及其支持無線功能的兄弟產品 Pico W。RP2040 本身已在無數(shù)第三方開發(fā)板以及從彈球桌到合成器的 OEM 產品中占有一席之地。

多年來，我們用過很多其他微控制器，而我們打造的 RP2040 正是我們一直想要的微控制器：兩個快速的 32 位內核、大量片上 RAM 和靈活的接口（得益于我們的可編程 I/O (PIO) 子系統(tǒng)）——所有這些都通過確定性總線結構連接在一起，這讓最優(yōu)秀的開發(fā)人員能夠從系統(tǒng)中榨干每一滴并發(fā)能力。我們已經看到了一些令人驚嘆的強大功能演示：從我們自己的 Graham Sanderson 的DOOM移植版；到 Dmitry Grinberg 的PalmOS移植版；再到Kevin Vance的“無 CPU” Commodore 64 卡帶。

但是，盡管 RP2040 取得了超出我們想象的成功，但我們始終知道我們可以做得更好。我們自己的列表中有一些功能第一次沒有被列入：片上存儲；低功耗空閑狀態(tài)；封裝選項。并且還有 RP2040 用戶大軍要求的新功能：更快的內核；更多的 RAM；代碼保護。

新的RP2350

因此，兩年前，在Raspberry Pi 5的 RP1 I/O 控制器問世后，Raspberry Pi 芯片團隊開始著手開發(fā)RP2350。這款設計比 RP2040 復雜得多，其特點包括：

兩個 150MHz Arm Cortex-M33 內核，支持浮點和 DSP

10 個可同時訪問的存儲體中有 520KB 片上 SRAM

圍繞 Cortex-M 的 Arm TrustZone 構建的全面安全架構，包括：

簽名啟動支持

8KB 片上反熔絲一次性可編程 (OTP) 存儲器

SHA-256 加速

硬件真隨機數(shù)生成器 (TRNG)

片上開關電源和低靜態(tài)電流 LDO

十二個升級的PIO狀態(tài)機

用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦?HSTX 外設

支持外部 QSPI PSRAM

RP2040 僅提供單一 7×7mm、QFN56 封裝選項，而這次我們提供以下選擇：帶有 30 個 GPIO 的 7×7mm、QFN60 封裝（RP2350A）或帶有 48 個 GPIO 的 10×10mm、QFN80 封裝（RP2350B）；并且每個版本都有帶有 2MB 堆疊封裝 QSPI 閃存的變體（RP2354A 和 RP2354B）。

我們始終堅持價格實惠的宗旨：盡管我們的硅片尺寸現(xiàn)在達到驚人的 5.3mm2 ，而 RP2040 的硅片尺寸僅為 2mm2 ，但 RP2350A 僅貴 10 美分，3,400 片卷盤價格為 0.80 美元，單片數(shù)量價格為 1.10 美元。RP2350B 的價格比 RP2350A 貴 10 美分，而 RP2354 型號的價格僅比無閃存型號貴 20 美分。

樹莓派總結說，RP2350 是 Raspberry Pi 的一款高性能、安全、低成本、易于使用的微控制器。

它具有大容量片上內存、對稱雙核處理器復合體、確定性總線結構和豐富的外設集，并配有我們獨特的可編程 I/O (PIO) 子系統(tǒng)，為專業(yè)用戶提供無與倫比的功能和靈活性。它具有詳細的文檔、完善的MicroPython端口和 ROM 中的 UF2 引導加載程序，為初學者和業(yè)余愛好者提供了最低的入門門檻。

RP2350 是一款無狀態(tài)設備，支持從外部 QSPI 內存緩存執(zhí)行。此設計決策允許您為您的應用選擇合適的非易失性存儲密度，并受益于商品閃存部件的低價。

RP2350 采用現(xiàn)代 40nm 工藝節(jié)點制造，具有高性能、低動態(tài)功耗和低泄漏，并具有多種低功耗模式，支持使用電池供電長時間運行。

主要特點包括：

雙 Cortex-M33 或 Hazard3 處理器，最高頻率 150MHz

520KB多組高性能SRAM

通過專用 QSPI 總線支持高達 16MB 的片外閃存

DMA 控制器

全連接 AHB 交叉開關

片上可編程 LDO 產生核心電壓

2 個片上 PLL，用于生成 USB 和核心時鐘

30 個 GPIO 引腳，其中 4 個可用作模擬輸入

外設

2 個 UART

2個SPI控制器

2 個 I2C 控制器

24 個 PWM 通道

USB 1.1 控制器和 PHY，具有主機和設備支持

3 個可編程 IO (PIO) 塊，總共 12 個狀態(tài)機

RP2350 具有全面的安全架構，圍繞 Arm TrustZone for Cortex-M 構建，包括以下功能：

簽名啟動支持

8KB 片上反熔絲一次性可編程 (OTP) 存儲器

SHA-256 加速

硬件真隨機數(shù)生成器 (TRNG)

值得一提的是，RP2350 還有一項額外功能，那就是集成了一對開放硬件Hazard3 RISC-V 內核，可以在啟動時替換 Cortex-M33 內核。我們的啟動 ROM 甚至可以自動檢測已構建第二階段二進制文件的架構，并將芯片重新啟動到適當?shù)哪Ｊ健３松贁?shù)安全功能和雙精度浮點加速器外，芯片的所有功能均可在 RISC-V 模式下使用。

Hazard3 是由 Luke Wren 利用業(yè)余時間開發(fā)的，他目前是 Raspberry Pi 芯片團隊的首席工程師。作為一個獨立項目，它是一項智力上的杰作：高度優(yōu)化的三級流水線處理器，實現(xiàn) RV32I 指令集，以及大量針對性能和代碼密度的標準擴展。如果您想了解更多信息，我建議您瀏覽Luke 在 Twitter/X 上的歷史帖子，其中詳細介紹了開發(fā)過程。

通過將 Hazard3 添加到 RP2350，我們旨在讓軟件開發(fā)人員有機會在穩(wěn)定、支持良好的環(huán)境中試驗 RISC-V 架構，并將 Hazard3 推廣為干凈、開放的核心，適合在其他設備中逐字使用，或作為進一步開發(fā)的基礎。