【導(dǎo)讀】探索FRDM生態(tài)合作體系如何賦能開發(fā)人員在邊緣側(cè)構(gòu)建并擴(kuò)展AI/ML應(yīng)用。從基于MCU的智能傳感與TinyML，到基于Linux的邊緣AI，F(xiàn)RDM融合了可擴(kuò)展硬件、eIQ?軟件工具、GoPoint演示及應(yīng)用代碼中心(ACH)資源，助力加速從概念到部署的完整開發(fā)流程。
AI與ML正快速向數(shù)據(jù)產(chǎn)生端遷移。在工業(yè)、消費(fèi)電子及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中，越來越多的智能正從云端轉(zhuǎn)移至邊緣，使設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時感知、決策與響應(yīng)。更低延遲、更強(qiáng)隱私保護(hù)、更高能效，以及對持續(xù)連接依賴的降低，正是推動這一趨勢的核心因素。近期行業(yè)分析亦指出，架構(gòu)分化趨勢日益顯著——模型訓(xùn)練通常仍保留在云端，而推理正越來越多地遷移到嵌入式設(shè)備與邊緣設(shè)備上。
對開發(fā)人員而言，這一趨勢在帶來機(jī)遇的同時也引入了復(fù)雜性。一個項目可能起始于基于微控制器(MCU)的智能傳感、異常檢測或運(yùn)動識別，而下一個項目則可能需要基于Linux處理器的關(guān)鍵詞識別、圖像分類、目標(biāo)檢測或語音交互界面。挑戰(zhàn)不僅在于硬件的合理選型，更在于尋找一個能夠幫助團(tuán)隊快速啟動、評估實(shí)際用例，并隨需求增長平滑擴(kuò)展至更先進(jìn)AI工作負(fù)載的開發(fā)平臺，而無需在每次需求升級時重新起步。
FRDM：面向AI/ML開發(fā)的可擴(kuò)展硬件路徑
FRDM開發(fā)平臺解決方案旨在應(yīng)對邊緣AI/ML工作負(fù)載所帶來的復(fù)雜性。恩智浦FRDM生態(tài)合作體系由一系列低成本、緊湊型開發(fā)板組成，涵蓋MCU和應(yīng)用處理器，配套模塊化硬件、軟件工具以及解決方案驅(qū)動的應(yīng)用示例。FRDM不僅是一個開發(fā)板系列，更是一個旨在簡化原型制作、加速開發(fā)進(jìn)程，并幫助工程師更高效地將概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際嵌入式智能的完整生態(tài)系統(tǒng)。
FRDM平臺最顯著的優(yōu)勢之一，在于開發(fā)人員可根據(jù)當(dāng)前實(shí)際的AI工作負(fù)載靈活選擇起點(diǎn)，同時保有向更高性能器件遷移的路徑。FRDM產(chǎn)品組合覆蓋了從面向智能傳感與TinyML探索的MCU板，到集成AI加速、適用于高級視覺、音頻及邊緣計算工作負(fù)載的Linux微處理器(MPU)平臺。
選擇合適的FRDM平臺
在入門級層面，F(xiàn)RDM MCX A156為智能傳感與嵌入式控制應(yīng)用提供了扎實(shí)的基礎(chǔ)。該板基于搭載Arm? Cortex?-M33的MCXA156，支持互聯(lián)控制、智能傳感及工業(yè)人機(jī)接口(HMI)等應(yīng)用場景，并提供16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、CAN-FD、FlexIO、USB以及靈活的傳感器與外設(shè)擴(kuò)展。對于從較輕的AI相關(guān)工作負(fù)載(如智能傳感、數(shù)據(jù)監(jiān)測或簡單嵌入式模式識別)入手的開發(fā)人員而言，該系列提供了一個便捷且低成本的起點(diǎn)。
對于希望在MCU上直接實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)AI推理能力的開發(fā)人員，F(xiàn)RDM MCX N947則提供了顯著的性能躍升。該板基于MCX N947，集成雙核Arm Cortex-M33以及神經(jīng)處理單元(NPU)、PowerQuad和SmartDMA等片上加速器。同時支持?jǐn)z像頭、音頻及顯示擴(kuò)展，適用于異常檢測、低分辨率視覺、目標(biāo)分類及邊緣音頻智能等實(shí)時應(yīng)用場景。
面向Linux應(yīng)用的FRDM平臺
當(dāng)應(yīng)用需要Linux操作系統(tǒng)、更豐富的多媒體處理能力或更高算力AI模型時，F(xiàn)RDM產(chǎn)品組合可擴(kuò)展至應(yīng)用處理器領(lǐng)域。FRDM i.MX93是恩智浦首款圍繞i.MX應(yīng)用處理器構(gòu)建的FRDM開發(fā)平臺，為基于Linux的邊緣AI提供了低成本入門選擇。該平臺搭載i.MX 93應(yīng)用處理器，配備雙核Arm Cortex-A55、一個Arm Cortex-M33內(nèi)核及一個Arm Ethos-U65 micro-NPU，同時具備MIPI-CSI攝像頭輸入、顯示接口及豐富連接能力。由此，它成為智能HMI、入門級視覺AI、邊緣網(wǎng)關(guān)及需要兼顧應(yīng)用處理與ML加速的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想平臺。
面向更高性能多媒體與視覺工作負(fù)載，F(xiàn)RDM i.MX 8MPLUS在AI算力、連接與系統(tǒng)集成之間實(shí)現(xiàn)了良好平衡。該板基于i.MX 8M Plus應(yīng)用處理器，集成四核Arm Cortex-A53、一個Arm Cortex-M7、一個HiFi4數(shù)字信號處理器(DSP)及一個集成NPU，并支持雙路MIPI-CSI攝像頭接口、HDMI、低壓差分信號(LVDS)、音頻及廣泛的連接選項。
在FRDM系列的高端產(chǎn)品中，F(xiàn)RDM i.MX 95專為需要先進(jìn)AI加速、豐富多媒體及工業(yè)級連接能力的下一代邊緣系統(tǒng)而設(shè)計。該板基于i.MX 95應(yīng)用處理器，采用異構(gòu)計算架構(gòu)，集成了Arm Cortex-A55、Arm Cortex-M7、Cortex-M33及恩智浦eIQNeutron NPU，并配備攝像頭與顯示接口、雙路以太網(wǎng)及擴(kuò)展能力。FRDM-IMX95還包含一個M.2 Key-M插槽，用于AI加速卡，為更高性能的加速型AI配置提供了擴(kuò)展路徑。
設(shè)備端AI的重要意義
FRDM方案的核心價值在于，它實(shí)現(xiàn)的不僅是評估用硬件，更是真正可投入實(shí)際應(yīng)用的邊緣AI。直接在設(shè)備上運(yùn)行AI推理可降低延遲、強(qiáng)化隱私保護(hù)、減少帶寬占用，并在云連接受限或不可用時保持應(yīng)用功能的持續(xù)可用。這些優(yōu)勢對于時間敏感型傳感、工業(yè)監(jiān)測、視覺處理流程，以及需要確定性響應(yīng)行為的語音或HMI體驗(yàn)尤為重要。
硬件加速是實(shí)現(xiàn)設(shè)備端AI落地實(shí)用的關(guān)鍵要素。在FRDM MCX N947等平臺上，集成NPU能夠分擔(dān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理中的大量數(shù)學(xué)運(yùn)算，相較于純CPU執(zhí)行方式顯著提升效率。在FRDM i.MX 93、FRDM i.MX 8MPLUS和FRDM i.MX 95等Linux平臺中，集成AI加速能力使開發(fā)人員能夠直接在嵌入式硬件上評估更為復(fù)雜的工作負(fù)載，包括目標(biāo)檢測、圖像分割、語音相關(guān)處理，以及智能視頻或HMI功能。
軟件完善邊緣AI開發(fā)工作流程
實(shí)現(xiàn)AI/ML開發(fā)的普惠化，僅憑一個合適的處理器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。開發(fā)人員還需要一套能夠?qū)⒛Ｐ蛣?chuàng)建、優(yōu)化與部署各環(huán)節(jié)有機(jī)銜接的軟件工作流程，從而有效壓縮集成工作所耗費(fèi)的時間。eIQ AI軟件開發(fā)環(huán)境為基于恩智浦MCU和MPU平臺的AI/ML開發(fā)提供了堅實(shí)的軟件基礎(chǔ)。這一經(jīng)過精簡的系統(tǒng)級AI應(yīng)用開發(fā)體系，涵蓋工作流程工具、推理引擎、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編譯器及優(yōu)化庫。
對于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各類應(yīng)用，eIQ Toolkit支持從模型開發(fā)到部署的端到端流程。開發(fā)人員可帶入自有數(shù)據(jù)或模型，從TensorFlow、PyTorch或ONNX相關(guān)流程中導(dǎo)入模型，對其進(jìn)行優(yōu)化，再將其導(dǎo)出至面向恩智浦目標(biāo)平臺的運(yùn)行時軟件流程。
針對以傳感器為中心的工作負(fù)載，eIQ Time Series Studio (TSS)提供了另一項關(guān)鍵能力——面向時間序列數(shù)據(jù)的端到端邊緣AI開發(fā)工具。TSS支持?jǐn)?shù)據(jù)整理、模型生成、優(yōu)化、模擬及部署等完整工作流程，同時涵蓋異常檢測、分類與回歸等任務(wù)。
上述工具協(xié)同增強(qiáng)了FRDM平臺的價值：開發(fā)人員可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的開發(fā)板，并選用對應(yīng)的工作流程，以支撐數(shù)據(jù)采集、模型準(zhǔn)備、優(yōu)化、部署及設(shè)備端推理等各環(huán)節(jié)，覆蓋不同復(fù)雜度的邊緣AI應(yīng)用場景。這對于需要從創(chuàng)意快速推進(jìn)至概念驗(yàn)證，再針對具體目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)行迭代優(yōu)化的工程團(tuán)隊而言，尤為受益。
GoPoint助力基于i.MX的FRDM平臺實(shí)現(xiàn)AI/ML快速評估
對于基于Linux的FRDM平臺，GoPoint for i.MX Applications Processors提供了一個重要的開箱即用賦能層，它是一個直觀的交互界面，使開發(fā)人員能夠便捷訪問面向i.MX處理器的各類應(yīng)用演示，從而快速評估平臺能力，并準(zhǔn)確理解具體用例與底層硬件之間的映射關(guān)系。
GoPoint已集成于恩智浦i.MX Linux支持流程之中，并隨板級支持包(BSP)的發(fā)布周期同步更新，這進(jìn)一步鞏固了其作為快速啟動開發(fā)體驗(yàn)工具的定位，而非僅停留于一次性的演示套件。這一特性對AI/ML開發(fā)尤為關(guān)鍵，因?yàn)镚oPoint使開發(fā)人員無需手動搭建完整軟件?；驈念^構(gòu)建應(yīng)用，即可快速發(fā)現(xiàn)并運(yùn)行預(yù)構(gòu)建的演示。
ACH助力開發(fā)人員從演示走向落地實(shí)施
GoPoint適用于在基于Linux的i.MX平臺上進(jìn)行快速能力探索，而ACH則提供了可復(fù)用的實(shí)施層，幫助開發(fā)人員在恩智浦全產(chǎn)品組合中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用擴(kuò)展。ACH是一個集中式軟件示例存儲庫，匯聚了恩智浦專家及合作伙伴開發(fā)的代碼片段、應(yīng)用軟件包和演示，并提供按產(chǎn)品系列、類別和應(yīng)用用例進(jìn)行搜索與篩選的功能，便于工程師快速定位所需內(nèi)容。ACH還可通過MCUXpresso集成開發(fā)環(huán)境(IDE)和MCUXpresso for Visual Studio (VS) Code進(jìn)行訪問，支持將兼容應(yīng)用直接導(dǎo)入項目。
ACH在AI/ML開發(fā)中作為一項寶貴資源，其價值體現(xiàn)在項目可按AI/ML、視覺、語音或異常檢測等類別進(jìn)行搜索。開發(fā)人員可在自身環(huán)境中研究、運(yùn)行并定制可正常工作的項目。ACH并未將AI演示視為孤立的營銷展示，而是提供了通向可復(fù)用且源代碼可獲取的實(shí)施資產(chǎn)的路徑，這些資產(chǎn)能夠被調(diào)整并融入實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)流程。
eIQ、GoPoint和ACH之所以能夠構(gòu)成極具效能的組合，在于三者各司其職、互為補(bǔ)充：
eIQ：提供模型開發(fā)與部署工作流程
GoPoint：在支持的i.MX平臺上提供快速、可視化的開箱即用評估路徑
應(yīng)用代碼中心：提供可復(fù)用的源代碼項目、示例及文檔，助力開發(fā)人員針對具體產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)需求進(jìn)行定制化擴(kuò)展
超越基礎(chǔ)平臺的擴(kuò)展能力
FRDM生態(tài)合作體系的另一顯著優(yōu)勢，在于其為邊緣AI系統(tǒng)規(guī)劃了更為廣闊的發(fā)展路徑。開發(fā)人員可從基于MCU的低功耗傳感與嵌入式ML平臺起步，繼而遷移至基于MPU、支持Linux、多媒體及更豐富AI處理流程的開發(fā)板，并隨應(yīng)用需求的增長進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)性能。
對于需要更高AI算力的設(shè)計，恩智浦還通過Ara240等加速器提供了擴(kuò)展路徑。Ara240通過板上的M.2 Key-M插槽連接至FRDM i.MX 95和FRDM i.MX8 MPLUS，并配合運(yùn)行時軟件開發(fā)套件(SDK)的支持，幫助開發(fā)人員完成模塊檢測驗(yàn)證并著手使用加速AI環(huán)境。這為從可擴(kuò)展的FRDM原型制作邁向更高性能的邊緣AI實(shí)施提供了極具吸引力的過渡方案，且全部在恩智浦更廣泛的生態(tài)合作體系框架之內(nèi)。
從FRDM起步，構(gòu)建更智能的系統(tǒng)
無論應(yīng)用始自智能傳感、預(yù)測性維護(hù)、語音交互、圖像分類、目標(biāo)檢測還是更復(fù)雜的邊緣AI場景，開發(fā)人員都需要一個能夠貫穿整個開發(fā)旅程的平臺。FRDM通過融合可擴(kuò)展的MCU與MPU硬件、集成式軟件工具、優(yōu)化的AI工作流程，以及貫穿從評估到實(shí)施全過程的開發(fā)使能資源，有效彌合了各環(huán)節(jié)之間的鴻溝。
FRDM之所以能夠成為AI/ML開發(fā)的出色平臺，在于其使智能嵌入式系統(tǒng)變得可行、易得且可擴(kuò)展。不妨設(shè)想這樣一條開發(fā)路徑：從匹配當(dāng)前應(yīng)用的硬件層級切入，借助eIQ構(gòu)建并部署模型，通過GoPoint快速探索平臺能力，再經(jīng)由ACH進(jìn)入定制化與復(fù)用階段——所有這些均在一個互聯(lián)的生態(tài)合作體系內(nèi)完成。對于希望為嵌入式產(chǎn)品賦予更多智能的工程團(tuán)隊而言，F(xiàn)RDM提供了一條兼具實(shí)用性與靈活性的路徑，助力構(gòu)建更智能的邊緣系統(tǒng)。
作者：
Monica Cid
恩智浦半導(dǎo)體產(chǎn)品市場經(jīng)理
Mónica Cid擔(dān)任恩智浦產(chǎn)品市場營銷工程師，致力于幫助開發(fā)人員借助FRDM生態(tài)合作體系、MCX微控制器及邊緣計算技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。
