AI大潮下MCU/MPU“何为”“如何为”？透过一款具体方案找答案

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）当前，以生成式AI为代表的新一轮AI浪潮正在给各行各业带来翻天覆地的变化。与此同时，人们也在重新思考边缘AI的定义和部署。比如，如何将目前大热的AI模型部署到终端，如何在现有方案的基础上加入AI的能力。笔者认为，在第二十三届中国国际工业博览会（以下简称：工博会）上，瑞萨电子的一款方案具有很好的借鉴意义。

基于Arm® Cortex®-M85内核MCU的嵌入式AI

本次工博会上，瑞萨电子围绕“智慧、创新、融合，瑞萨MCU/MPU引领工业‘芯’未来”的主题，一共带来了12款方案，包括：
·交流伺服解决方案
·面向新能源的全数字电源系统
·大功率BLDC电机控制方案
·多协议工业以太网解决方案
·RX72M单芯片工业以太网伺服驱动解决方案
·RA6T2 AI电机无传感器异常检测
·基于Arm Cortex-M85内核MCU的嵌入式AI
·RX23E-A工业秤实现高精度测量
·IO-Link 通信从站&主站整体解决方案
·SLG47105 DC及步进马达控制
·HVPAK™ SLG47105助推启动和按压停止的玩具车
·符合EtherCAT规范的FSoE网络功能安全协议套件

在和记者交流时，瑞萨电子嵌入式处理器事业部总监沈清表示，“基于Arm Cortex-M85内核MCU的嵌入式AI”和“面向新能源的全数字电源系统”是此次工博会上瑞萨电子特别想推荐给行业终端用户的，它们各有侧重。

其中，在“基于Arm Cortex-M85内核MCU的嵌入式AI”方案中，凭借瑞萨电子Reality AI工具，实现了对电机的不平衡负荷/负载的检测。

基于Arm Cortex-M85内核MCU的嵌入式AI方案

2022年7月，瑞萨电子完成对Reality AI的收购，出发点就是为了满足端点工作复杂度增加之后，嵌入式产品对于AI赋予更多的期待沈清指出，Reality AI工具是一个基于非视觉类信号处理算法，针对系统预测性维护和系统效能提升的全自动AI建模工具，它和其他AI工具有两个明显的不同：

·提供硬件分析服务

Reality AI工具不仅对模型算法有分析的能力，同时对客户硬件系统也具备分析能力，能够帮助用户完成传感器选型、布设和调优等相关工作。

·提供可解释的AI

Reality AI工具能够让用户读懂这个模型，知道各个工作部署的原因，通过可视化和图形化的界面让相关AI模型具有可解释的特性。

提供如此领先的嵌入式AI性能，并不意味着Reality AI工具的部署需要耗费大量的系统硬件资源。沈清称，Reality AI是一个精准、高效的AI工具，占用的资源非常小。在“基于Arm Cortex-M85内核MCU的嵌入式AI”方案里，系统里MCU本身有512KB的Flash，Reality AI只占用了20KB的Flash，对于CPU系统资源的消耗大概在1%到1.5%，是一个非常轻量级的负荷检测。

瑞萨电子工业自动化事业部高级总监徐征在介绍Reality AI应用时表示，Reality AI主要面向预测性维护应用，将传统运维工程师的经验转化为系统内部的“know how”。并且，传统运维做定期校对主要靠相关人员的经验，通过部署Reality AI，就可以基于不同设备的实际运行状态，判断设备状态是否在可控范围，是否需要去维护。

Reality AI的部署非常简单，在具体的应用场景下提取特征变量，然后将融合的算法部署到MCU/MPU上即可，由于有特征变量的加入，这便是一种定制性的算法。用户并不需要为了部署Reality AI去更换自己的硬件平台，因此相当于是对现有硬件价值量的提升。

对于Reality AI的部署价值，沈清特别提到了一个客户案例：某用户为了部署嵌入式AI，将CPU、Memory配置扩充到了很高的水平，更换了原来的MCU，并且配置了13个传感器用以支撑系统运转。通过在瑞萨MCU上部署Reality AI，用户MCU成本显著降低，并且传感器数量从13个降为3个就解决了相关需求。

通过瑞萨电子“基于Arm Cortex-M85内核MCU的嵌入式AI”这款方案可以发现，嵌入式设备对于AI技术的运用需要注意以下几点：
·首先是通过部署嵌入式AI方案要能够给系统性能带来明显的改变，并且这些改变是清晰的、可解释的；
·其次是嵌入式AI方案要具备轻量化AI的属性，不给系统硬件造成过大的负担；
·第三点是这个嵌入式AI方案要便于部署，既要能够快速和软件系统融合，也要能够和硬件系统做适配；
·第四点是这个嵌入式AI方案要解决实际问题，通过特征变量的加入能够快速成为一种定制化的方案。

面向新能源的全数字电源系统

“面向新能源的全数字电源系统”方案是一个非常契合当下热点的方案。从能源转型的角度来看，新能源市场具有广阔的发展潜力。传统化石燃料资源的日益枯竭，以及其产生的环境问题逐渐凸显，都在促进全球主要国家和地区积极部署自己的新能源产业。

“面向新能源的全数字电源系统”基于瑞萨高性能RA6T2 Arm核MCU, 采用图腾柱无桥PFC+双有源全桥（DAB）拓扑结构，实现双向能量流动控制，非常适合用于储能、并网可再生能源发电、电池化成和OBC（On-board charger）等方向的应用。

面向新能源的全数字电源系统

通过在方案中使用过零点的电流抑制控制算法，该方案可以让系统电流的总谐波失真有效降低，可以让系统整体效率达到99.94%的水平，弥补一些传统控制算法效率的不足。

此外，瑞萨电子展示的大功率BLDC电机控制方案涵盖了高速和低速/高扭矩电机控制的广泛使用场景；符合EtherCAT规范的FSoE网络功能安全协议套件，分别由RX72M作为EtherCAT从站通讯以及RX23T两颗MCU搭建的硬件冗余架构组成，可以在EtherCAT的同一网络中并行传输标准数据以及安全相关数据，是现代网络结构和通信系统不可或缺的一部分。

小结

本次工博会，瑞萨电子展示了两个方面的能力。其一是领先的方案实现能力，这是一种对行业有深刻理解的表现。围绕核心的MCU和MPU，面向重点领域，瑞萨电子展出的相关方案极具参考性。

其二是瑞萨电子对嵌入式AI的领先理解，Reality AI绝对可以说是现阶段小型化嵌入式AI部署的典范，对于后续这一领域的技术发展有很好的借鉴意义。