Überblick über die i.MX-8-Serie

Den richtigen Prozessor wählen

27. Januar 2022, 8:00 Uhr | Von Konrad Zöpf

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Für HMI- und Steuerungsaufgaben: i.MX 8X

Beim i.MX 8X gibt es in Summe drei Pin-kompatible CPU-Varianten, zwischen denen Entwickler je nach benötigter Rechenleistung und Grafikperformance wählen können: Verfügbar ist sowohl ein Dual Core und ein Dual Plus Core mit erweiterten Grafikfunktionen sowie ein Quad Plus Core der das obere Ende des Leistungsspektrums bildet. Die beiden Plus-Varianten der CPU verwenden als GPU die »GC7000 Lite« und die Dual-Core-Variante die »GC7000 Ultra Lite«, beide vom Hersteller Vivante Corporation. Als Core setzt NXP auf die bisher weniger bekannte Cortex-A35-Architektur, bei der auf ein sehr ausgewogenes Energieverhalten geachtet wurde. Als nennenswerte Schnittstellen wurden ein Kamera-Interface, ein USB-3.0-Anschluss, eine PCIe-Lane und zwei Gigabit-Ethernet-Ports integriert. Zudem können bis zu drei CAN-FD-Schnittstellen für Designs genutzt werden.

Beim i.MX 8X ist es gegenüber den anderen CPU-Familien möglich, bei Verwenden von DDR3L eine Error Correction Code (ECC)-Funktion zur automatischen Fehlerkorrektur zu nutzen. Aufgrund der in der CPU integrierten Sicherheitsfunktionen kann eine Zer- tifizierung für Safety-relevante Applikationen angestrebt werden. Ein zusätzlich integrierter Cortex-M4-Controller übernimmt unabhängig von den Main Cores Steuerungs- und Sicherheitsaufgaben.

Mit dem integrierten Audio-DSP-Core, der vom i.MX 8 übernommen wurde, sind auch anspruchsvolle Audiofunktionen umsetzbar. Durch die vielfältigen und gut gewählten Funktionen lässt sich besonders gut ein Design auf Basis des SMARC-2.0-Standards realisieren – er bietet eine optimierte Schnittstellenauswahl ohne große Einschränkungen. Ideal für die i.MX-8-CPU sind Steuerungen aus den Bereichen Industrie- und Gebäudeautomation, Robotik, HMI, Gebäudeleittechnik, POI-Systeme und Infotainment. Das gute Preis-Leistungsverhältnis lässt schon jetzt darauf schließen, dass diese CPU-Familie in vielen Anwendungen ihren Einsatz findet.

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Für erweiterte Audio- und Videoanwendungen: i.MX 8M

Bei der i.MX-8M-Familie wurde als CPU-Core auf die bereits bewährte 64- Bit-Cortex-A53-Technologie gesetzt. Der i.MX 8M hebt sich von den anderen drei Prozessorfamilien insbesondere mit seinen Audio- und Videofunktionen unter Berücksichtigung der Verlustleistung ab. Als GPU wurde die GC7000 Lite ausgewählt, die auch bei den Plus-Varianten des i.MX 8X verwendet wird. Da beim i.MX 8M mehrere physikalische Grafikschnittstellen wie HDMI 2.0a, eDP und MIPI DSI (vier Lanes) vorhanden sind, können bis zu zwei Displays unabhängig voneinander angesteuert werden. Bildinhalte lassen dabei bis zu einer Auflösung von 4K darstellen.

  Product Family i.MX 8 i.MX 8M i.MX 8M Mini i.MX 8M Nano i.MX 8M Plus i.MX 8X
CPU, GPU & DSP Cortex-A72 2 - - - - -
  Cortex-A53 4 4 4 4 4 -
  Cortex-A35 - - - - - 4
  Cortex-M4F 2 1 1 1 - 1
  Cortex-M7 - - - - 1 -
  Cortex-DSP 1 - - - 1 1
  Cortex-NPU - - - - 1 -
  Cortex-GPU 2 1 1 1 1 1
HMI & Multmedia Display-Resolution & Interfaces: MIPI-DSI, Parallel, HDMI 4K + 1080
2/1/1
4K + 1080
1/0/1
1080
1/0/0
1080
1/0/0
1080
1/1/1
2x 1080
2/1/0
  Camera-Interfaces: MIPI-CSI, Parallel, HDMI 2/2/1 2/0/0 1/0/0 1/0/0 2/0/0 1/1/0
  Video Decode Resolution (Top Codecs) 4K (h.265, h.264) 4kp60 with High Dynamic Range (h.265, VP9);
4Kp30 (h.264, VP8)
1080p60
(h.265, VP9, h.264, VP8)
1080p60
(h.265, h.264, VP8, VP9)
- 1080p60
(h.265, h.264, VP9, VP8)
4K (h.265);
1080p60 (h.264, VP8)
  Video Encode Resolution (Top Codecs) 1080p30 (h.264) 1080p30 (h.264) - SW 1080p30 (h.264, VP8) - 1080p30 (h.265, h.264) 1080p30 (h.264)
Interfaces PCIe 2 2 1 - 1 1
  Gigabit Ethernet 2x 1x 1x 1x 2x (1x TSN) 2x
CPU Power CPU Power 5-12 W 1-4 W 1-4 W 1-4 W 2-6 W 1,5-6 W

 

Bei den Audiofunktionen sind gleichzeitig bis zu sechs I2S/SAI (Serial Audio Interface) nutzbar. Ein Highlight sind die bis zu 20 32Bit@384-kHz-Audiokanäle, die ein Realisieren eines umfassenden Audiodesigns ermöglichen. Zur direkten Anbindung von Kamerasensoren hat NXP zwei MIPI-CSI-Ports (vier Lanes) integriert. Für die Kommunikation von schnellen Datenraten und zum Anschalten von Peripheriebausteinen können Entwickler auf bis zu zwei PCIe-2.0-Lanes und zwei USB-3.0-Schnittstellen zurückgreifen. Auch die Möglichkeit, sicherheitsrelevante Anforderungen realisieren zu können, ist bei dieser Familie bedacht worden.

Mit diesem großen Funktionsumfang lässt sich der i.MX 8M in zahlreichen Applikationen im Bereich der Audio- und Videoverarbeitung einsetzen. Aufgrund der optimierten Energieeigenschaften kann diese Familie auch in mobilen Anwendungen ihren Einsatz finden. Da alle derzeit bekannten Embedded-Modul-Standards die besonderen Audiofunktionen des i.MX 8M nur zum Teil berücksichtigen, ist ein Design in einem vorgegebenen Formfaktor weniger zu empfehlen, da eine vollständige Nutzung so nicht möglich wäre.

Die Energieeffizienten: i.MX 8ULP/i.MX 8ULP-CS

Aufgrund der sehr guten Energieeffizienz des Cortex A35 Core nutzt NXP ihn für die CPUs i.MX 8ULP und i.MX 8ULP-CS als Basis. Sie wurden für den Einsatz in Mobilanwendungen konzipiert, aber auch für einfache Steuerungen, bei denen die Verlustleistung im Vordergrund steht. Im Wesentlichen hat man auf alle Highspeed-Schnittstellen und Funktionen verzichtet, die den Energieverbrauch der CPU maßgeblich in die Höhe treiben. Somit steht nur ein sehr eingeschränkter Funktionsumfang zur Verfügung. Hierdurch wurden diese CPU-Varianten im industriellen Umfeld bislang nicht so stark nachgefragt.

Für High-End-Anwendungen: i.MX 8

Der i.MX 8 ist die größte und rechenleistungsstärkste CPU-Familie aus der i.MX-8-Serie und basiert auf bis zu zwei Cortex A72 und gleichzeitig bis zu vier Cortex A53 Cores. Bis zu drei CPU-Varianten sind Pin-zu-Pin-kompatibel und können damit in einem gemeinsamen Design verwendet werden. Anwendern stehen bis zu 377 Signalpins (ohne Speicher, GND und VCC) für sehr viele Schnittstellen gleichzeitig zur Verfügung. Beim i.MX 8 Quad und Quad Plus wurden jeweils zwei GPUs vom Typ »GC7000 Lite XSVX« integriert. Eine weitere Steigerung ist beim i.MX 8 QuadMax zu sehen. Hier werden gleich zwei GC7000 XSVX verwendet, die einen nochmaligen Performancegewinn bringen. Insgesamt hebt sich der i.MX 8 durch die Anzahl der Cores und deren Architektur deutlich von den anderen drei CPU-Familien ab.

Übersicht über die Core-Architekturen der drei i.MX-8-Familien
Bild 3. Übersicht über die Core-Architekturen der drei i.MX-8-Familien.
© TQ-Group

Ein besonderes Feature des i.MX 8 ist eine vollständige Chipvirtualisierung mit einer Hardwareisolation, die es ermöglicht, unabhängige Anzeigepfade zu verwenden. Mit dieser Funktion können mehrere Betriebssysteme und deren Grafikausgabe komplett voneinander getrennt auf die verfügbaren Cores aufgeteilt werden. Ein weiterer Vorteil ist ein integrierter Audio-DSP, der eine Signalvorverarbeitung von Daten erlaubt. Mit zusätzlich zwei PCIe-3.0- und zwei Gigabit-Ethernet-Schnittstellen sowie 1 x USB 3.0, 3 x CAN-FD und 1 x SATA3 bietet der i.MX 8 eines der umfassendsten Schnittstellenangebote, mit der Entwickler auch sehr anspruchsvolle Projekte realisieren können.

Zur Unterstützung der Haupt-CPUs in Echtzeit und Sicherheit wurden gleich zwei Cortex M4 Cores integriert. Die i.MX-8-Familie ist durch die vielen Funktionen und Anzahl der Cores auch die im Preis höchste CPU-Serie. Aufgrund der vielen Schnittstellen, die der i.MX 8 bereitstellt, wäre bei der Realisierung eines Standard-basierten Embedded-Moduls eine Vielzahl der Funktionen nicht nutzbar. Die optimale Verwendung und Auslastung des Prozessors wäre stark eingeschränkt.

Erste Informationen zu i.MX 9

Die i.MX-8-CPU-Serie von NXP, besteht aus insgesamt drei Produktfamilien. Sie stellen jeweils mehrere Pin-kompatible CPU-Varianten bereit und kombinieren zahlreiche Funktionen, Schnittstellen und Leistungsklassen für zukunftsorientierte Designs. Gemäß den Anforderungen, die an das jeweilige Design gestellt wird, können Entwickler einen Kern auswählen, der am besten passt. Die i.MX-8-CPU-Serie stellt somit eine geeignete Plattform für Anwendungen aus verschiedenen Bereichen dar: Von Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) über Industriesteuerungen für IIoT und Industrie 4.0, intelligente Kameras, Gebäude- und Home-Automatisierung bis hin zu medizinischen Anwendungen.

TQ-Group als Gold Partner von NXP bietet derzeit ein umfangreiches Produktportfolio auf Basis der drei CPU-Familien an. Das neueste Design von TQ basiert auf dem i.MX 8M Plus. NXP ist bereits mit der nächsten Generation der Applikationsprozessoren beschäftigt, die wieder einige Neuerungen bei den CPU-Derivaten und Funktionen bereithält. Interessierte kann TQ jetzt schon mit den ersten Informationen zum i.MX 9 versorgen und kompetent auf Basis der langjährigen Erfahrungen beraten.

Der Autor

Konrad-Zöpf von TQ-Systems
Konrad-Zöpf von TQ-Systems
© TQ-Group

Konrad Zöpf ist staatlich geprüfter Techniker und arbeitete nach seiner Ausbildung als Medizintechniker und Applikationsingenieur bei zwei Medizintechnikunternehmen. Seit mittlerweile 21 Jahren ist er bei der TQ-Group tätig, zunächst in der Elektronik-entwicklung sowie seit gut elf Jahren auch als Produktmanager in der Embedded-Sparte. Er verantwortet bei TQ die Arm- und Layerscape-Produktpalette. Seit Anfang 2020 ist er zusätzlich stellvertretender Bereichsleiter bei TQ-Embedded.
konrad.zoepf@tq-group.com


  1. Den richtigen Prozessor wählen
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