2012年，恩智浦推出了FRDM開發板，作為面向新一代MCU產品的可擴展、低成本開發平臺。首批FRDM開發板配備了板載調試器、實用的板載傳感器以及標準化IO接口 (Header Interface)，可與現有的擴展板 (Shield) 生態系統配合使用。憑借強大的功能和親民的價格，FRDM-KL5Z等產品迅速贏得工業界、學術界及創客群體的廣泛青睞。隨后幾年，FRDM生態系統不斷發展，增加了MCX系列MCU，如今更是迎來了i.MX應用處理器的加入。

本文節選自恩智浦白皮書《從MCU擴展到MPU：面向應用處理器的恩智浦FRDM平臺》，獲取更豐富的FRDM平臺相關技術資訊，請下載并閱讀完整版本白皮書。

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FRDM i.MX 93

賦能先進邊緣AI/ML應用

FRDM i.MX 93開發平臺是恩智浦將強大的i.MX應用處理器引入FRDM生態系統的首款產品。

FRDM i.MX 93平臺的核心是i.MX 9352應用處理器，配備雙核Arm Cortex-A55處理器 (主頻1.7GHz) 以及一個專用Cortex-M33實時內核 (主頻250MHz)。i.MX 93 MPU的一大特色是搭載了Arm Ethos-U65神經處理單元 (NPU)，可提供高達0.5 TOPS的AI/ML加速能力。該NPU使開發者能夠直接在邊緣設備上實現機器學習推理，支持從計算機視覺到語音識別的多種應用，且能效表現出色。

在連接方面，該板卡提供的選項包括搭載恩智浦IW612三頻無線功能的u-blox MAYA-W276模塊，支持WiFi 6、藍牙5.2以及用于Thread和Zigbee應用的IEEE 802.15.4。它配備雙千兆以太網端口，其中一個支持時間敏感網絡 (TSN) 功能。TSN支持對于需要確定性通信和保證延遲的工業自動化應用尤為重要，使FRDM i.MX 93成為工業4.0開發的理想選擇。

圖1：FRDM i.MX 93開發平臺

除了行業標準的40腳擴展接口外，FRDM i.MX 93還配備一個專用的2x5腳恩智浦接口。該接口通過一個板載收發器提供直接CAN總線支持、雙ADC通道以及I2C/I3C擴展功能。原生CAN總線功能的引入對于工業、機器人及汽車應用尤為重要，可直接集成至現有CAN網絡，而無需額外的接口硬件。面向工業應用的I/O設計使FRDM i.MX 93不同于其他通用應用處理器開發板。

圖2：FRDM i.MX 93開發平臺框圖

對于計算機視覺應用，該板卡提供多種顯示接口選項，包括MIPI-DSI、LVDS轉HDMI輸出以及用于攝像頭輸入的MIPI-CSI接口。FRDM i.MX 93延續了FRDM平臺強大的擴展能力，使開發者能夠利用包括LCD顯示屏、攝像頭模塊和音頻HAT在內的兼容擴展板生態系統。

圖3：連接了擴展配件的FRDM i.MX 93

FRDM i.MX 91

面向入門級工業物聯網應用

FRDM i.MX 91是該系列的第二款產品，將恩智浦FRDM平臺擴展至入門級嵌入式Linux應用領域，涵蓋從智能家居控制器、聯網家電到工業控制系統和醫療平臺的多種應用。

i.MX 91配備單核Arm Cortex-A55處理器，主頻最高達1.4GHz，可在保持高能效的同時提供運行Linux應用所需的性能。該板卡是理想的入門級低成本Linux平臺，同時為現有i.MX 6ULL設計提供了升級遷移路徑。

FRDM i.MX 91保留了與FRDM i.MX 93相同的擴展接口，包括標準的40腳接口和2x5腳恩智浦專用接口。這種兼容性使開發者可在任一開發板上進行原型設計，然后根據不斷變化的項目需求輕松遷移至另一平臺，而無需重新設計硬件或更換連接器。

在連接方面，FRDM i.MX 91配備u-blox MAYA-W476模塊，集成恩智浦IW610三頻無線功能，支持WiFi 6、藍牙以及用于Thread和Zigbee應用的IEEE 802.15.4協議。

與FRDM i.MX 93類似，它同樣配備雙千兆以太網端口，其中一個支持時間敏感網絡 (TSN)。

圖4：i.MX 91開發平臺框圖

跨FRDM i.MX平臺的可擴展軟件開發

FRDM i.MX平臺支持Yocto Project，這是一個開源協作項目，提供為嵌入式產品創建定制Linux系統所需的模板、工具和方法。Yocto使開發者能夠構建量身定制的Linux系統，僅包含具體應用所需的元器件，因此可以最小化系統占用空間并優化性能。

恩智浦為FRDM i.MX 91和FRDM i.MX 93開發板提供全面的Yocto板級支持包 (BSP)。這些BSP包含針對i.MX硬件專門配置的Linux內核修改、設備驅動程序和引導加載程序。FRDM i.MX 91和FRDM i.MX 93開發板共享相同的基礎軟件架構。這種一致性意味著開發者只需學習一次構建系統、配置流程和開發流程。各平臺的構建命令和環境設置幾乎完全一致。

對于偏好傳統Linux開發體驗的開發者，FRDM i.MX平臺提供了全面的Debian支持。恩智浦Debian Linux SDK發行版將恩智浦提供的內核和引導程序與基于Debian的用戶空間相結合，提供一個熟悉的環境，而且可以訪問數千個預構建軟件包。

恩智浦的Flexbuild工具簡化了Debian鏡像的創建和定制，使開發者能夠快速生成包含項目所需基礎系統、多媒體組件和附加應用精確組合的SD卡鏡像。使得Debian的穩定性和軟件易用性與針對i.MX硬件優化的驅動程序及BSP組件相結合。

預構建鏡像與通用更新工具

FRDM i.MX軟件平臺通過預構建的Linux鏡像加速開發進程。開發者在開箱后即可立即開始應用原型設計，并靈活選擇多種操作系統以滿足特定需求和偏好。這些鏡像提供一個具備基本功能的典型系統，適用于硬件評估和應用開發，而無需進行定制構建。

通用更新工具 (UUU) 進一步簡化了部署流程，使開發者能夠通過簡單命令將鏡像燒錄至SD卡或板載eMMC。這不僅提供了便捷的入門路徑，同時也支持根據需求變化對Linux鏡像進行高級定制。

適用于i.MX應用處理器的GoPoint

FRDM i.MX 93的預構建鏡像包括面向i.MX應用處理器的GoPoint——一款用戶友好的應用啟動器 (launcher)， 旨在突顯i.MX 93的特殊功能。它提供對預構建演示程序的即時訪問，涵蓋從機器學習推理到多媒體處理的各種用例。

當前展示平臺能力的演示包括圖像分類、物體檢測、智能健身 (含姿態估計) 和駕駛員監控系統。每個演示都包含存放于GitHub上的源代碼和實現方法，使開發者能夠理解其實現細節，并將其調整用于自己的應用。

圖5：GoPoint界面中的圖像分類示例

應用代碼中心與擴展板中心

恩智浦的應用代碼中心是一個集中存儲庫，提供由恩智浦專家開發的大量軟件示例、應用演示和代碼片段。在這里，工程師能夠快速找到針對特定硬件功能或應用領域的相關示例。

擴展板中心重點展示可與應用演示配套使用的兼容擴展板。

FRDM i.MX平臺的軟件組件通過開源渠道提供，源代碼可通過恩智浦GitHub代碼庫獲取。這種開放方式確保開發者能夠全面了解系統運行情況，并可在從內核驅動到應用框架的任何層級進行修改。

可擴展平臺允許以循序漸進的方式逐步擴展功能。項目可從任一開發板上的基礎Linux功能起步，隨后逐步添加更復雜的功能，如圖形界面、網絡協議或AI處理能力。

由于整個平臺的底層軟件架構保持一致，每項新學到的或集成的能力都可作為未來項目中可復用的資產，無論其具體針對哪款開發板。

圖6：應用代碼中心界面，包含用于MCU和MPU開發的多種應用演示與代碼片段

全面且一致的安全功能

安全功能在各FRDM i.MX平臺中的實施保持一致，為保護連接的邊緣設備奠定了堅實基礎。

FRDM i.MX 91和FRDM i.MX 93均支持恩智浦EdgeLock Secure Enclave高級配置，提供硬件加速的安全功能和安全密鑰存儲。該方案通過EdgeLock 2GO支持OTA密鑰管理、加密更新及運行時設備保護，確保網絡韌性。整個平臺采用一致的安全框架，使開發者能夠實現穩健的數據保護和安全通信，而且在不同平臺間遷移時無需重新設計安全架構。

先進的快速啟動能力

FRDM i.MX平臺集成了先進的快速啟動技術，這對需要快速啟動的應用至關重要。恩智浦在整個啟動鏈中實施了多項優化措施，以顯著縮短應用啟動時間。FRDM i.MX平臺中最重要的啟動時間優化措施之一是Falcon模式；該模式允許次級程序加載器 (SPL) 直接加載并啟動Linux內核，完全跳過完整的U-Boot加載與初始化過程。與標準啟動序列相比，此方法可將啟動時間縮短至數秒。

結合文檔中提供的其他優化措施，FRDM i.MX 93從上電到用戶應用的啟動時間可低至2.3秒，非常適合汽車系統和工業控制器等對啟動時間有嚴苛要求的應用場景。

實現從MCU到MPU開發的平滑擴展

雖然FRDM平臺歷來主要面向微控制器開發，但FRDM i.MX開發板的推出實現了從微控制器開發到應用處理器開發的無縫過渡。這種統一方法使開發者能夠利用熟悉的工具和方法，同時逐步進行擴展以滿足更復雜的處理需求。

FRDM i.MX 93通過集成的250MHz Cortex-M33內核與雙核Cortex-A55應用處理器提供了一種獨特的混合架構。這種異構架構為開發者帶來了雙重優勢:基于Linux的應用處理能力與實時確定性控制能力相結合。Cortex-M33內核由熟悉的MCUXpresso SDK支持，為開發者提供與傳統MCU項目一致的開發體驗。

開發團隊可立即應用現有MCU專業知識，在M33內核上開發實時應用，同時逐步探索A55應用處理器提供的附加能力。

圖7：MCUXpresso SDK構建器 (builder) 支持在FRDM生態系統中共享的M33內核上進行可擴展開發

ZephyrRTOS:連接MCU與MPU的橋梁

i.MX生態系統現已開始支持Zephyr RTOS。Zephyr是一種現代化、可擴展的實時操作系統 (RTOS)，既能運行在微控制器 (MCU) 上，也能運行在應用處理器 (MPU) 上，從而在MCU開發模式和MPU開發模式之間架起了一座橋梁。

靈活的開發路徑

這種多功能環境使開發團隊能根據特定需求和技術專長選擇不同的開發路徑:

1傳統MCU到MPU遷移

開發團隊可從Cortex-M33上熟悉的MCU開發起步，隨著應用復雜度提升逐步擴展至在A55核心上運行Linux。

2注重實時性的MPU開發

開發者可在A55內核上利用Zephyr構建具有確定性行為的高性能應用，而無需適用Linux系統。

3混合開發模式

項目可在A55內核上運行Linux以支持豐富的應用，同時在M33內核上運行裸機或RTOS代碼以處理關鍵實時任務。另一種范式是支持更先進的低功耗實現方案: 當A55處于低功耗睡眠狀態時，由M33處理傳感和控制任務。

4漸進式RTOS擴展

開發團隊可基于Zephyr構建初始運行于FRDM-MCXN947等MCU的應用，隨后擴展至i.MX 91和i.MX 93等更強大的處理器，同時保持相同的RTOS環境。

FRDM i.MX平臺打破了傳統MCU開發與MPU開發之間的界限，為嵌入式系統設計者創造了前所未有的機會。通過在統一的硬件生態系統中提供多種編程模型，恩智浦使開發者能夠根據每個項目的性能需求、確定性與開發復雜度，選擇最優平衡方案，同時在整個平臺上復用現有代碼、工具與專業知識。

不斷擴展的FRDM i.MX生態系統

FRDM i.MX 91和FRDM i.MX 93的推出標志著恩智浦FRDM 開發生態系統的重大演進，將其經過驗證的微控制器開發方法延伸至應用處理器領域。這些開發板成功兌現了公司承諾：創建真正可擴展的開發環境，彌合MCU與MPU設計之間的鴻溝，為開發者提供前所未有的靈活性，幫助正確匹配計算資源與應用需求。

當前的FRDM i.MX產品系列為快速開發廣泛應用奠定了堅實基礎。FRDM i.MX 91是開發者從MCU設計過渡到Linux應用設計的理想入門平臺，具備工業物聯網與連接邊緣設備所需的基本處理能力。

FRDM i.MX 93則在此基礎上更進一步，配備雙核Cortex-A55處理器、專用Cortex-M33實時處理器，以及用于AI/ML加速的Arm Ethos-U65 NPU，可支持計算機視覺、語音識別和復雜控制系統等更高級應用。

這兩個平臺均秉承FRDM開放硬件與軟件的傳統，提供全面的文檔和豐富的示例應用。針腳兼容性、一致的擴展接口以及可擴展的軟件支持相結合，打造卓越的開發體驗，顯著加快基于i.MX應用處理器的嵌入式系統上市進程。

更多資源

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