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NXP(恩智浦)iMX8M Plus 處理器介紹

飛凌嵌入式 ? 2021-12-27 13:52 ? 次閱讀

機器學習的本質是讓計算機能夠更有效率的模仿人類的行為,特別在圖像分類、圖像識別、語音識別等領域,機器學習能夠在分秒之間,集中處理數以百萬計的計算。過去在合理的成本下,這樣的處理能力是無法想象的,直到最近幾年才能夠實現。這主要是因為,如若這些處理不在邊緣實現,就要放到云端來進行。數據要被上傳到云端,這樣的話,我們就會擔心誰會看到這些數據。我們相信云端服務期的運營商和負責人嗎?顯然答案是否定的,因此在本地進行邊緣計算,用戶隱私就能夠更好的被保護,響應速度也會更快,可靠性也會更強,因為即便服務器斷電,本地設備依然可以穩定工作,甚至設備可以在沒有網絡的偏遠地區正常工作。

i.MX8M Plus 應用處理器

通過i.MX8M Plus ,NXP將機器學習帶到了邊緣設備中,這款產品不僅僅是達到了2萬億次每秒這樣的強大計算能力。只是做到這樣的計算性能并不困難,但NXP所實現的是帶來了模型壓縮的優化以及針對稀疏性的優化,稀疏指的是機器學習算法參數或者數據中有大量權重為0,進而能夠避免在推理時支付這些模型系數的存儲費用,計算效率將會大大增加。模型壓縮同樣也很重要,鑒于計算過程中存在大量的數據交換,如果足夠壓縮,那么對于系統內存的占用就會降到最低。另外同樣牽涉到系統內存的一點是i.MX8M Plus 搭載 DRAM 控制器能夠進行每秒4G 處理,是 NXP有史以來 DRAM 速度之最。

i.MX8M Plus 與機器學習、機器視覺

機器學習是基于圖像數據的,數據的來源通常是一個系統中的攝像頭模塊,而攝像頭模塊需要一個圖像處理單元,也就是ISP。談到 i.MX8M Plus 的ISP 單元,在很多系統中,攝像頭可能距離目標非常遠,為了得到你需要的細節,其分辨率必須足夠高,比如4K分辨率,也就是800萬像素。

處理如此高清的影像數據,就需要ISP 的協助。可能對于低分辨率的視頻,ISP 并非必需,在很多系統中,用戶可能并沒有意識到,攝像模塊是否集成ISP。但在高分辨率下,就需要 ISP 被集成在處理器中,就像i.MX8M Plus 這樣。有趣的是,NXPi.MX8MPlus 中實際上集成了兩個 ISP,兩路攝像頭輸入。因而在大多數的應用場景下,將會獲得更立體的圖像,就像人的兩只眼睛一樣,可以感知圖像的深度。另外一個應用是兩路攝像頭,其一作為廣角或者魚眼視角,另一路則聚焦某一場景的特寫。除此之外,還有其它的應用需要用到這樣的功能。

圖像處理需要很強的計算能力,ISP的功能理論上也可以由 CPUGPU 來實現,但要將這樣的計算量,將這些數據轉化為系統可識別的形式和參數再進行計算和處理,涉及到的工作量太大了。因此在這樣的系統下,必須使用一個專門處理圖像任務的單元,也就是 ISP,就像 i.MX8M Plus所做的那樣。

i.MX8M Plus 高動態范圍(HDR)支持

i.MX8MPlus還有一個重點是HDR,也就是高動態范圍,你可能在很多手機上看到過這個詞,但在嵌入式應用以及消費類產品甚至工業應用中HDR 都非常重要。HDR 主要是融合多重曝光的圖像,具體表現為拍攝亮度不同的兩張圖像,一張是長曝光,一張是短曝光,其中一張能夠幫助獲得更好的高光部分的細節,另一張則獲得更好的低亮度區域的細節。甚至可以拍三張或者更多,來融合成為一張圖像。這樣高光和暗部的細節都可以保留,這在某些特定場景中非常重要,比如在家里,窗戶邊很亮,有的地方卻很暗,有了 HDR,所有的細節你都可以看清楚。

扭曲矯正帶來更好的圖像

在攝像頭相關應用中,扭曲矯正是一個非常重要的功能。攝像頭接收到的圖像可能是扭曲的,類似觀看魚缸的場景。你可以看到很多的東西,但它們都是扭曲的。扭曲矯正,可以將圖像恢復為人類、機器學習可以識別的正常形狀,直線曲線區別分明,也沒有倒置的現象,這就是扭曲矯正引擎所負責的。但引擎能做的不僅僅是這些,除了能夠矯正這些意外的干擾,同時它也可以矯正由于攝像頭問題導致的圖像不清晰、變形等。

引擎同樣可以對像素進行處理,獲得更好的圖像質量。針對i.MX8MPlus 的 ISP 架構我們的設計保證了所有的處理都以流的形式進行,也就是說ISP直接從攝像頭接收圖像進行處理,將它們輸出到系統內存。ISP 幾乎不需要從系統重新構建圖像再進行處理輸出,這樣就可以帶來非常低的延遲表現,以及非常高效的針對圖像的處理表現。iSP 針對圖像增強,進行了非常多的處理,比如降噪處理,這在暗光環境中非常重要。在這樣的環境下,很多像素都會被進行涂抹,但你不能對太多區域都進行涂抹,否則你的圖像將會變得非常模糊。所以你必須使用 ISP 來分辨,哪里是可以進行涂抹處理的,哪里則是需要清晰呈現的內容。其它的處理任務包括,檢測圖像傳感器的壞點,確保正常工作,以及白平衡的調節,分辨出不同的光照環境,例如日光、燈光等等。還有提供信息,幫助自動曝光以及對焦,所有的這些都是由ISP 來完成的。

H.265視頻編碼

在許多應用中,攝像頭接入系統,數據被送入機器學習算法或是直接被存儲在網絡中。不管圖像被送入何處,它們還是需要被存儲在某些地方,比如服務器或者是本地設備。你不可能直接保存原始文件,因為原始的文件實在是太大了,因此必須對數據進行編碼,i.MX8M plus 的視頻編碼是非常高效的。我們支持 h.265編碼算法,比起業內廣泛使用的 h.264更加先進和高效。

iMX8M Plus在工業應用中的特色

i.MX8M Plus有一些針對工業應用的特色,其一就是 ECC,也就是錯誤糾正代碼。用來在用戶無需感知的情況下,檢測出內存的錯誤,甚至進行修復。

這異常的重要,因為在某些應用中內存的錯誤會帶來嚴重的后果,雖然不會導致硬件的永久損壞,但當讀取內存的軟件和程序時有可能會崩潰。

為了避免這些情況的發生,你就需要ECC 來進行檢測和修復,這樣軟件的錯誤率,也就是我們常說的 SER將會大大降低。i.MX8M Plus在緩存和片上RAM 中都帶有ECC,而DRAM 總線還支持在線 ECC,它不需要存儲任何額外的位,就能夠將ECC 算法與主數據同時發送出去。

TSN也是 i.MX8M plus 中的亮點,tsn 指的是時間敏感網絡。在工業應用中你希望可以確保能夠在對的時間點將數據發送出去,而通常以太網中任何人在任何時間都有可能正在發送數據。可能會造成擁堵,可能你需要晚一些再發一次,在工業應用中,這無疑是會帶來問題的。而 TSN 則能夠很好的解決這樣的困擾。i.MX8M Plus同樣也支持一些工業級的外設,我們甚至集成了800MHz的 Cortex-M7協處理器來協助組合。組合運行操作系統,M7內核同時可以進行一些實時性的控制,來確保低延遲。我們還有兩路 CANFD用于本地與系統或是與網絡低延遲的通信

i.MX8M Plus所提供的所有的這些特性和外設,能夠助力工業及應用的設計為工業應用帶來無限的可能。

如何測評i.MX8MPlus

作為NXP官方金牌合作伙伴,飛凌嵌入式與NXP深入合作,推出了基于i.MX 8M Plus處理器的開發套件OKMX8MP-C開發板與FETMX8MP-C核心板,除了繼承了上述CPU能力外,飛凌嵌入式在iMX8MPlus核心板上還集成了LPDDR4、eMMC、PMIC等關鍵元器件,形成了可以獨立運行的最小系統;同時,考慮低成本基礎應用以及高端NPU應用的不同需求,DDR可選擇2GB、4GB、6GB、8GB多種版本;這款核心板的優勢不僅僅在于性能上,其功能也是十分的豐富,雙千兆以太網、雙CAN-FD、2個USB3.0、PCIe3.0、LVDS、HDMI、MIPI-DSI、MIPI-CSI接口面面俱到。

在《重磅發布| FETMX8MP-C核心板,高性能、高集成,閃耀上市》一文中,飛凌嵌入式也對這款核心板的特點進行了一一剖析,相信您會對其有更深入的了解,發現她的美,為您的產品增添一份色彩。點擊查看原文

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