用 ADI 的 MAX78002 MCU 开发边缘人工智能应用

作者： Pete Bartolik

科技巨头们为实现生成式人工智能 (GenAI) 商业化而展开的金融竞赛在某种程度上掩盖了在人工智能方面所做的大量工作，特别是在网络边缘，供应商们迫切希望人工智能应用能够在物联网设备上运行，而这些设备通常会受到内存、带宽和功耗的限制。

[Analog Devices, Inc.] 的一款微控制器 (MCU) 集成了低功耗卷积神经网络 (CNN) 加速器，可在电池供电型设备上处理人工智能推断，从而突破边缘处理的限制。

鉴于 GenAI 的主要投资方向是积累海量数据和增强处理能力，就需要大规模数据中心和大量电能，而边缘 AI 则是通过模型在本地高效地运行数据，这些模型可以识别物体、分析医疗图像、处理汽车摄像头反馈以识别障碍物、行人和道路标志，从而实现安全驾驶。

CNN 可以在边缘处理图像数据，检测异常情况并监控工厂车间的设备运行状况。此外，CNN 在农业领域可用来检测害虫和作物生长状况，处理来自无人机、机器人和智能摄像头的图像。

针对深度 CNN 进行了优化

ADI 的 [MAX78002] 是一款先进的超低功耗片上系统，采用了带浮点单元 (FPU) 的 [Arm] Cortex-M4 处理器和基于硬件的加速器，并且专为深度 CNN 和需要物体识别功能的任务进行了优化。

通过权值（或参数）将神经网络中的神经元连接起来，以控制其行为。ADI 的 CNN 引擎拥有 2 MB 权值存储内存，可支持 1、2、4 和 8 位权值，以及多达 1600 万权值的复杂神经网络模型。这样，就可以在边缘设备上实现先进的人工智能应用，而且由于 CNN 权值内存基于 SRAM，因此可以在运行期间更新模型。

CNN 加速器可提供最大 2048 x 2048 像素的可编程输入图像尺寸，可让设计人员能够灵活地设计应用，使其应用能够处理高分辨率医学成像，或在资源有限的设备上处理较小的输入尺寸。

可编程网络深度多达 128 层，因此可以在应用的表现力和效率之间取得平衡。此外，多达 1024 个通道的可编程每层网络通道宽度使用户能够利用更宽的通道捕捉更丰富的特征，或使用更窄的宽度来节省存储器和计算资源。

MAX78002 支持多种高速、低功耗通信接口，包括 I^2^S、MIPI CSI-2 串行摄像头、并行摄像头 (PCIF) 和 SD 3.0/SDIO 3.0/eMMC 4.51 安全数字接口。这使得该器件非常适合广泛的人工智能应用，包括工业传感器、过程控制、在线质量保证视觉系统、便携式医疗诊断设备、工厂机器人和无人机导航。

电源管理是关键

超低功耗微控制器对边缘人工智能应用至关重要，在依赖电池供电型物联网设备时尤其如此。ADI 表示，MAX78002 在处理人工智能推断时的能耗仅为几个微焦。

这款人工智能 MCU 拥有内置单电感多输出 (SIMO) 开关模式电源 (SMPS)，支持 2.85 V 至 3.6 V 供电电压范围，可适应各种电源。此外，通过这款 MCU，还可选择控制外部开关，为 CNN 提供来自外部的专用电源。

MAX78002 的电源管理单元 (PMU) 可以智能方式精确地控制 CPU 和外设电路之间的电源分配，从而以最小的功耗支持高性能运行。

单片电源架构可采用单节锂电池供电。用户可对 SIMO 中的三个降压稳压器输出进行电压编程，以确保获得最佳的功耗效率。由于 MAX78002 只需一个电感器/电容器，因此供应商可以减少电路设计的物料清单。

集成动态电压调节 (DVS) 控制器可以自适应方式调节电压，从而降低动态功耗。通过使用固定的高速振荡器和 VCOREA 电源电压，DVS 控制器可以在最低的实际电压下运行 Arm 内核，从而使产品设计人员能够在性能要求和功耗限制之间取得平衡。Arm 外设总线接口用于控制和状态访问。

微控制器内核具有 2.5 MB 闪存大型片载系统存储器，以确保程序和数据存储器的非易失性存储，而其 384 KB 内置 SRAM 可在除“断电”以外的所有电源模式下以低功耗形式保留应用信息。

简化 MAX78002 应用

ADI 提供的 [MAX78002EVKIT] （图 1）评估套件为利用 MCU 构建人工智能应用提供了宝贵的资源，其中包括一个 2.4 英寸 TFT 显示屏，用于增强交互式 UI 开发和人工智能推理过程的结果可视化。

图 1：MAX78002 应用评估套件包括一个用于交互式 UI 开发的 2.4 英寸 TFT 显示屏、一个用于功耗跟踪的辅助显示屏。（图片来源：Analog Devices, Inc.）

使用评估板，MAX78002 的能耗可由蓄能器跟踪，并在辅助 TFT 显示屏上显示格式化结果。

评估套件包括 USB 2.0、SWD JTAG 插座、通过 USB 的 UART 访问和双行业标准 QWIIC 连接器，因此方便调试、编程以及连接其他器件。

结束语

边缘物联网设备有限的内存、带宽和功耗是开发人工智能边缘应用的一大挑战。ADI 的 MAX78002 MCU 为开发具有推理功能的各种高能效 AI 应用提供了一条清晰的途径。借助 MAX78002EVKIT，开发人员可以随时使用工具进行快速原型开发、支持触摸功能的 UI 开发、外设集成和能耗跟踪。请观看[拆箱视频] ，快速了解评估套件的内容。

审核编辑 黄宇