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微控制器芯片

Raspberry Pi 设计了自己的微控制器，这些独立的芯片适用于提供实时硬件控制的小型嵌入式项目。这些芯片被用于 Raspberry Pi Pico 系列开发板，也可用于第三方微控制器开发板。有关 Raspberry Pi Pico 的更多信息，请参阅 Pico 系列微控制器开发板。

Raspberry Pi 微控制器可以使用以下语言进行编程：

  • C 或 C++，注重性能并提供对硬件的完全控制。
  • MicroPython，提供更简单的脚本以实现快速开发。

有关使用 RP2040 或 RP2350 进行开发的更多信息，请参阅 C/C++ SDK 和 MicroPython 文档。

微控制器概述​

Raspberry Pi 微控制器是处理特定实时任务的芯片，如控制电机或在嵌入式系统中读取传感器。Raspberry Pi 提供两款微控制器：

  • RP2040 是原始的通用双核 Raspberry Pi 微控制器：一款简单、经济高效的微控制器单元 (MCU)。
  • RP2350 是一款高性能双核微控制器，适用于具有灵活硬件控制的应用；它是一款功能更强大的 MCU，具有高级功能、更大内存和安全特性。RP2350 有四个变体，详见 RP2350 变体。

主要特性​

RP2040 和 RP2350 共享以下核心特性：

  • 双核处理器，用于并行处理。
  • 片上 SRAM，用于实时工作负载。
  • 确定性总线结构，通过多主 AHB 交叉开关将 CPU、DMA 和外设连接到多组 SRAM。
  • 内置 USB 控制器和 PHY，使微控制器可作为 USB 设备或 USB 主机。
  • 灵活的通用 I/O (GPIO)，可配置为数字输入/输出或分配给外设功能，如 UART、SPI、I2C 或 PWM。
  • 可编程 I/O (PIO)，这是 Raspberry Pi 微控制器的独特功能，提供扩展的外设支持。
  • 内置硬件外设，用于 UART、SPI、I2C、PWM 等接口，减少软件开销并提高效率。
  • 高性能、低功耗和低泄漏，得益于现代 40nm 微控制器制造工艺。
  • 低功耗模式，支持使用电池供电的长时间运行。
  • 编程选项，支持 C/C++ SDK 或 MicroPython；您可以通过 MicroPython 移植运行 Python，并使用 ROM 中内置的 UF2 引导加载程序进行拖放式编程。

特性比较​

下表提供了 RP2040 和 RP2350 微控制器之间的比较。有关每个微控制器特性的更多详情，请参阅 RP2040 和 RP2350 的专门章节。

特性RP2040RP2350
类型通用 MCU高性能 MCU
处理器内核双核 Arm Cortex-M0+双核 Arm Cortex-M33（更高性能，支持 TrustZone）或 Hazard3（RISC-V）
时钟速度最高 133 MHz最高 150 MHz
片上 SRAM264 kB，分六个独立组520 kB 多组高性能
Flash（非易失性）存储无片上 flash；通过专用外部（QSPI.XIP）总线支持最高 16 MB 片外 flash 存储。根据变体可选片上 flash；通过专用外部（QSPI.XIP）总线支持最高 32 MB 片外 flash 存储。参见 RP2350 变体。
外部易失性工作存储（PSRAM）不支持。通过使用 QSPI.XIP 总线的 QMI 存储接口支持。
GPIO 引脚30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入。根据变体：30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入；或 48 个 GPIO 引脚，其中 8 个可用作模拟输入。参见 RP2350 变体。
可编程输入/输出 (PIO)两个 PIO 块，每个有四个状态机（共八个）。三个 PIO 块，每个有四个状态机（共十二个）。
外设参见 RP2040 特性。扩展集；参见 RP2350 特性。
直接内存访问 (DMA) 控制器12 通道 DMA 控制器，支持外设节拍和链接。16 通道 DMA，具有增强的吞吐量和灵活性。
AHB 交叉开关完全连接的多主 AHB-Lite 交叉开关，连接 CPU、DMA 和外设到多组 SRAM 和 flash。AHB5 交叉开关，提供更高的吞吐量和带宽。
插值器双插值器块，用于快速整数运算和表查找。双插值器块，用于快速整数运算和表查找。
整数除法器通过内存映射寄存器访问的独立硬件整数除法器。不存在，因为处理器支持 CPU 中的硬件除法。
模数转换 (ADC)4 个模拟输入，带内部温度传感器，500 kS/s，12 位转换。根据变体：4 或 8 个模拟输入，带内部温度传感器，500 kS/s，12 位转换。
核心稳压器架构片上可编程低压差 (LDO) 生成核心电压。片上降压转换器 (SMPS) 用于主动运行，外加可选的低静态电流可编程 LDO 模式用于睡眠状态。
片上锁相环 (PLL)两个 PLL，用于核心时钟和 USB 时钟生成。两个 PLL，用于核心时钟和 USB 时钟生成。
安全功能无（基本 MCU）。Arm TrustZone；加密加速器。
部署开发板Raspberry Pi Pico；第三方 RP2040 开发板。Raspberry Pi Pico 2；第三方 RP2350 开发板。
编程C/C++ SDK，MicroPythonC/C++ SDK，MicroPython

RP2040​

RP2040 是原始的 Raspberry Pi 双核微控制器。它采用 7 x 7 mm QFN-56 封装，专为低成本、低功耗嵌入式控制应用而设计。它为电机控制、信号处理、人机界面和嵌入式数据采集等任务提供确定性实时性能、灵活的 I/O 和适度的计算能力。有关 RP2040 的更多详细信息，请参阅 RP2040 数据表。

RP2040 为 Raspberry Pi Pico、Pico W、Pico H、Pico WH 和其他第三方 RP2040 微控制器开发板提供动力。有关更多信息，请参阅 Raspberry Pi Pico 和 基于 RP2040 的开发板。

RP2040 微控制器芯片

RP2040 命名​

Raspberry Pi 芯片遵循以 RP 开头的命名约定，表示"Raspberry Pi"，后跟一个数字。具体来说，微控制器名称 RP2040 的由来如下：

  • RP 指定该芯片为 Raspberry Pi 芯片。
  • 2 表示处理器内核数。
  • 0 表示内核处理器类型（Cortex-M0+）。
  • 4 表示 RAM 容量，以对数因子表示，对应 264 kB 片上 SRAM。
  • 0 表示非易失性存储容量，以对数因子表示（其中 0 表示没有板载 flash 存储器）。
RP2040 命名说明

RP2040 特性​

RP2040 是一款为嵌入式系统、实时控制和 I/O 管理设计的独立微控制器。具体来说，RP2040 提供以下功能：

  • 对称双核处理器复合体。 双核 Arm Cortex-M0+ 处理器运行频率最高 133 MHz，提供对称多处理。CPU 内核提供同等的低功耗和高效处理性能，可以并行运行任务。这对于实时控制、多任务处理和一般嵌入式任务非常有用。
  • 大容量片上内存。 264 kB 片上 SRAM 分布在六个独立组中，提供快速内部存储器用于运行代码和存储数据，并允许 CPU 和外设同时访问。
  • 支持外部 flash 存储。 RP2040 没有内置 flash 存储器，因此不会在内部存储程序。相反，RP2040 可以通过快速 QSPI 接口直接从外部 flash 存储器运行代码，使用缓存保持高性能。这允许您选择产品所需的 flash 存储密度，并从廉价、广泛可用的芯片中受益。
  • 温度监测。 4 通道 ADC，带内部温度传感器，500 kS/s，12 位转换；用于读取传感器和电压，包括板载温度传感器。
  • 通过可编程 I/O (PIO) 实现灵活的硬件控制。 一个可编程的迷你处理器子系统，用于在硬件中实现自定义外设，由两个 PIO 块组成，每个有四个状态机（共八个）。
  • 固定功能外设。 用于标准协议的内置硬件块，处理常见任务，无需在软件中实现，包括：
    • 两个 UART，用于串行通信。
    • 两个 SPI 控制器，用于数据传输。
    • 两个 I2C 控制器，用于与低速外设通信。
    • 16 个 PWM 通道。
    • USB 1.1 控制器和 PHY，支持主机和设备。

内部温度传感器​

RP2040 中的内部温度传感器是一种低分辨率、用户校准的传感器。如果不校准传感器，它不太可能准确。

准确的温度测量关键取决于了解 ADC 参考电压 (VREF)。由于温度转换公式对 VREF 高度敏感，即使该值的微小误差也可能导致显著的温度不准确。RP2040 不包含用于确定 VREF 的内部固定电压参考，因此参考电压必须：

  • 从外部测量（注意它可能随时间变化）。
  • 由外部精密电压参考提供。
注意

RP2040 传感器电压随温度升高而下降。

有关 RP2040 内部温度传感器的更多信息，请参阅 RP2040 数据表：Raspberry Pi 的微控制器。

睡眠模式功耗​

RP2040 即使在深度睡眠状态下也会消耗约 180 μA 的典型电流。睡眠电流取决于 PVT：

  • 工艺；因芯片而异。
  • 电压；电流线性变化。
  • 温度；电流非线性变化。

对于需要最小电流消耗的用例，我们建议完全关闭系统或系统中的 RP2040 部分。有关如何执行此操作的信息，请参阅 用于低待机电流应用的功率开关 RP2040，根据您的用例进行调整。

基于 RP2040 的开发板​

您可以使用第一代 Raspberry Pi Pico 微控制器开发板作为开发板和其他基于 RP2040 开发板的参考设计。有关第三方 RP2040 开发板的讨论，请参阅 Raspberry Pi 论坛。

Raspberry Pi Pico 和 Pico W 的设计文件公开可用，没有任何限制。Raspberry Pi 授权出于任何目的有偿或无偿使用、复制、修改和分发以下设计：

Raspberry Pi 还提供 RP2040 微控制器的设计文件：

  • 最小可行开发板（KiCad），RP2040 的参考设计。
  • VGA 载板（KiCad），使用 Raspberry Pi Pico 板进行多媒体的参考（也适用于 RP2350）。
重要

设计按"原样"提供，作者对设计不作任何保证，包括对适销性和适用性的所有默示保证。在任何情况下，作者均不对因使用或执行设计而造成的或与之相关的任何特殊、直接、间接或后果性损害，或因使用、数据或利润损失而造成的任何损害承担责任，无论是合同诉讼、疏忽还是其他侵权行为。

RP2350​

RP2350 是一款高性能双核微控制器，有四个变体，它们在封装尺寸和是否包含板载 flash 存储器方面有所不同，详见 RP2350 变体。

与 RP2040 相比，RP2350 提供更高的核心时钟速度、双倍的 SRAM、更强大的 Arm 内核、新的安全功能和扩展的接口能力，详见 RP2350 特性。有关 RP2350 的更多详细信息，请参阅 RP2350 数据表。

RP2350 为 Raspberry Pi Pico 2、Pico 2 W、带排针的 Pico 2、带排针的 Pico 2 W 和其他基于 RP2350 的开发板提供动力。有关更多信息，请参阅 Raspberry Pi Pico 2 和 基于 RP2350 的开发板。

RP2350 微控制器芯片

RP2350 变体​

RP2350 有四个变体，在封装尺寸和是否包含堆叠 flash 存储器方面有所不同。有关这些变体命名方式的更多信息，请参阅 RP2350 命名。

变体封装封装尺寸 (mm)内部 flash 存储GPIO 引脚模拟输入PWM 通道
RP2350AQFN-607 x 7无30416
RP2350BQFN-8010 x 10无48824
RP2354AQFN-607 x 7堆叠 2 MB flash30416
RP2354BQFN-8010 x 10堆叠 2 MB flash48824

RP2350 命名​

RP2350 遵循与其他 Raspberry Pi 芯片相同的命名约定，但末尾的数字和字母根据变体而变化。具体来说，RP2350 的名称变体由来如下：

  • RP 指定该芯片为 Raspberry Pi 芯片。
  • 2 表示处理器内核数。
  • 3 表示内核处理器类型（Cortex-M33）。
  • 5 表示 RAM 容量，以对数因子表示，对应 520 kB 片上 SRAM。
  • 最后一个数字（0 或 4）表示非易失性存储容量，以对数因子表示。
    • 0 表示没有板载 flash 存储器。
    • 4 表示有 2 MB 堆叠 flash 存储器。
  • 附加的字母表示微控制器封装的大小，由引脚数决定：
    • A 表示较小的芯片封装，有 60 个引脚，其中 30 个是 GPIO 引脚。
    • B 表示较大的芯片封装，有 80 个引脚，其中 48 个是 GPIO 引脚。
RP2350 命名说明

RP2350 特性​

RP2350 是一款为嵌入式系统、实时控制和 I/O 管理设计的独立微控制器。具体来说，RP2350 提供以下功能：

  • 对称双核处理器选项。 可选择以下低功耗、高效的 CPU 架构，可以并行运行任务，频率最高 150 MHz。有关更多信息，请参阅 架构切换：
    • 双核 Arm Cortex-M33
    • 双核 Hazard3 RISC-V 处理器。
  • 扩展的片上内存。 520 kB 片上 SRAM 分布在十个独立组中，提供快速内部存储器用于运行代码和存储数据，并允许 CPU 和外设同时访问。
  • 扩展的外部 flash 存储支持。
    • 能够通过快速 QSPI 接口直接从外部 flash 存储器运行代码并进行缓存（类似于 RP2040）。
    • 能够通过 QMI 接口连接到外部 PSRAM（伪静态 RAM）芯片。
  • 温度监测。 根据变体，4 通道或 8 通道 ADC，带内部温度传感器，500 kS/s，12 位转换；用于读取传感器和电压，包括板载温度传感器。
  • 通过可编程 I/O (PIO) 实现灵活的硬件控制。 一个可编程的迷你处理器子系统，用于在硬件中实现自定义外设，由三个 PIO 块组成，每个有四个状态机（共十二个）。
  • 固定功能外设。 用于标准协议的内置硬件块，处理常见任务，无需在软件中实现，包括：
    • 两个 UART，用于串行通信。
    • 两个 SPI 控制器，用于数据传输。
    • 两个 I2C 控制器，用于与低速外设通信。
    • 根据变体，16 或 24 个 PWM 通道。
    • USB 1.1 控制器和 PHY，支持主机和设备。
    • HSTX 外设，用于高速数字输出，如视频。
  • 可选内部 flash 存储。 根据变体，RP2350 可以从外部 flash 存储器运行代码，也可以包含用于程序存储和更快访问的片上 flash：
    • RP2350A 和 RP2350B 没有内置 flash 存储器，因此不会在内部存储程序。但是，您可以：
      • 通过快速 QSPI 接口直接从外部 flash 存储器运行代码，使用缓存保持高性能。
      • 使用一次性可编程 (OTP) 存储器来启动和存储软件。这是不可逆的。
    • RP2354A 和 RP2354B 包含 2 MB 堆叠 flash 存储器。
  • 安全性。 围绕用于 Cortex-M 的 Arm TrustZone 构建的全面安全架构，包括：
    • 支持签名启动。
    • 8 kB 片上反熔断一次性可编程 (OTP) 存储器。
    • SHA-256 加速。
    • 硬件真随机数生成器 (TRNG)。
    • 加密代码存储和从 flash 启动。

架构切换​

RP2350 包括一对开放硬件 Hazard3 RISC-V 内核，可在您编程微控制器时在启动时替换 Cortex-M33 内核。

启动 ROM 可以自动检测已构建第二阶段二进制文件的架构，并将芯片重新启动到相应的模式。除了少数安全功能和双精度浮点加速器外，芯片的所有功能都可在 RISC-V 模式下使用。

基于 RP2350 的开发板​

您可以使用 Raspberry Pi Pico 2 系列微控制器开发板作为开发板和其他基于 RP2350 开发板的参考设计。有关第三方 RP2350 开发板的讨论，请参阅 Raspberry Pi 论坛。

Raspberry Pi 提供 RP2350 微控制器的设计文件：

  • 最小可行开发板（KiCad）。此下载提供两个设计文件，因为 RP2350 有两种封装。
  • VGA 载板（KiCad），使用 Raspberry Pi Pico 板进行多媒体的参考（也适用于 RP2040）。
重要

设计按"原样"提供，作者对设计不作任何保证，包括对适销性和适用性的所有默示保证。在任何情况下，作者均不对因使用或执行设计而造成的或与之相关的任何特殊、直接、间接或后果性损害，或因使用、数据或利润损失而造成的任何损害承担责任，无论是合同诉讼、疏忽还是其他侵权行为。

USB 标识符​

许多 RP2040 和 RP2350 芯片使用 Raspberry Pi USB 标识符（供应商 ID 和产品 ID）的组合。如果您基于 RP2040 或 RP2350 制作自己的第三方开发板，在以下情况下您可能需要一个唯一的 USB 产品 ID (PID)：

  • 您需要提供自定义 Windows 驱动程序。
  • 您希望您的设备可以作为单独的产品被唯一识别。

Raspberry Pi 已获得 USB-IF 的许可，可以为其供应商 ID（0x2E8A）授权 USB PID 值，用于 RP2040 和 RP2350 的常用芯片组件。这意味着您可以在我们的供应商 ID（0x2E8A）下分配唯一的 PID。要保留与 Raspberry Pi 供应商 ID 相关联的 USB PID，请按照 Raspberry Pi USB PID Git 仓库 中的说明操作。

如果您不需要唯一的 PID，您仍然可以使用以下任何 USB 文本字段来唯一区分设备：iManufacturer、iProduct 和 iSerial。

中文翻译版以英文版相同知识授权方式共享：CC-BY-SA 4.0。交流 Q群：498908352

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