Raspberry Pi RP2350 是 Raspberry Pi 推出的新一代微控制器，它在上一代 RP2040的基礎上進行了重大改進。本文將深入探討 RP2350 的功能特性、與 RP2040 的比較、A 和 B 型板的差異、開發選擇和限制、GPIO引腳特點以及應用案例，特別關注 USB 主機和設備模擬相關的例子。
數據手冊：*附件：rp2350-datasheet.pdf
硬件設計手冊：*附件：RP2350硬件設計手冊.pdf
基于 RP2350 的最小系統設計（KiCad HuaQiu）

1. RP2350 的功能特性

RP2350 是一款強大的微控制器，具有以下關鍵特性：

• 雙核架構：RP2350 搭載了 雙核 Arm Cortex-M33 處理器或 Hazard3 RISC-V 處理器 ，運行頻率高達 150 MHz，性能遠超 RP2040。
• 豐富的內存：它擁有 520 kB 的片上 SRAM，分為 10 個獨立的存儲區，并支持通過專用 QSPI 總線連接高達 16 MB 的外部 QSPI 閃存/PSRAM，此外還可通過可選的第二個芯片選擇連接額外的 16 MB 閃存/PSRAM。
• 多功能外設：RP2350 集成了豐富的 外設 ，包括 2 個 UART、2 個 SPI 控制器、2 個 I2C 控制器、24 個 PWM 通道、支持主機和設備模式的 USB 1.1 控制器和 PHY、12 個 PIO 狀態機以及 1 個 HSTX 外設。
• 片上電源管理：它內置了開關模式電源，可生成內核電壓。
• 靈活的封裝選項：RP2350 提供 QFN-80 (10 × 10 mm) 和 QFN-60 (7 × 7 mm) 兩種封裝選擇，并有帶和不帶封裝內閃存的版本。

RP2350 的性能特點：

• 處理器核心
  • 多核架構 ：采用對稱雙核心系統，包括兩個處理器核心，即 Cortex-M33 和 Hazard3，能夠同時執行任務，提高系統的處理能力和吞吐量。
  • 處理器頻率 ：兩個核心的運行頻率均為 150MHz，能夠快速處理各種計算任務。
• 處理器特性
  • 安全擴展 ：Cortex-M33 處理器支持 Arm v8-M 安全擴展，包括安全啟動、加密啟動和安全存儲等功能，保障系統的安全性。
  • 中斷處理
    • 中斷控制器 ：具有強大的中斷控制器，能夠處理多達 52 個中斷信號，包括外部中斷、定時器中斷、DMA 中斷等。
    • 中斷優先級 ：中斷具有優先級設置，能夠確保重要的中斷信號得到及時處理。
  • 調試和跟蹤
    • 調試接口 ：提供了多種調試接口，包括 SWD（Serial Wire Debug）和 JTAG（Joint Test Action Group）接口，方便開發人員進行調試和程序開發。
    • 跟蹤功能 ：支持 CoreSight 跟蹤功能，能夠對處理器的執行過程進行跟蹤和分析，幫助開發人員找出程序中的問題。
• 性能指標
  • 運算能力 ：Cortex-M33 處理器具有豐富的指令集和高性能的運算單元，能夠快速執行各種運算任務，如算術運算、邏輯運算、移位操作等。
  • 緩存性能 ：芯片具有一定容量的緩存，包括指令緩存和數據緩存，能夠提高數據訪問的速度和效率。
  • 功耗管理 ：支持多種功耗管理模式，包括睡眠模式、深度睡眠模式和休眠模式等，能夠根據系統的工作負載自動調整功耗，降低系統的能耗。

2. 與 RP2040 的比較

與上一代 RP2040 相比，RP2350 具有以下優勢：

• 更高的時鐘頻率：RP2350 的時鐘頻率為 150 MHz，而 RP2040 為 133 MHz。
• 更多的引腳和 GPIO：RP2350 B 型號具有 80 個引腳和 48 個 GPIO，而 RP2040 只有 40 個引腳和 26 個 GPIO。
• 更大的內存容量：RP2350 集成了 520 KB 的 SRAM，而 RP2040 只有 264 KB。 此外，RP2354 型號還內置了 2 MB 閃存，而 RP2040 則需要外部閃存芯片。
• 更多的模擬輸入：RP2350 B 型號具有 8 個模擬輸入，而 RP2040 和 RP2350 A 型號只有 4 個。
• 更強大的內核：RP2350 采用了 Arm Cortex-M33 內核，它基于 Armv8-M 架構，支持硬件除法和更多 32 位指令，性能和功耗都優于 RP2040 的 Arm Cortex-M0+ 內核。
• 增強的安全性：Cortex-M33 內核增強了安全性，更適合物聯網應用。

3. RP2350 A 和 B 型板的區別

RP2350 分為 A 和 B 兩個型號，主要區別在于封裝尺寸、引腳數量和 GPIO 數量：

• RP2350A 采用 QFN-60 封裝，具有 60 個引腳和 30 個 GPIO。
• RP2350B 采用 QFN-80 封裝，具有 80 個引腳和 48 個 GPIO。

此外，B 型號還具有 8 個模擬輸入，而 A 型號只有 4 個。 選擇哪種型號取決于項目的具體需求，如果需要更多的 GPIO 或模擬輸入，則應選擇 B 型號。

4. 開發選擇和限制

RP2350 的開發工具和軟件支持非常豐富，但也存在一些限制：

• 官方 SDK：Raspberry Pi 提供了官方 SDK，支持使用 C/C++、MicroPython 和 CircuitPython 等語言進行開發。
• VS Code 集成：推薦使用 Visual Studio Code 進行開發，它提供了 Raspberry Pi Pico 擴展，可以方便地創建、編譯和調試項目。
• 啟動過程復雜：RP2350 的啟動過程比 RP2040 復雜得多，需要仔細研究數據手冊才能理解。
• 工具鏈差異：RP2350 的工具鏈與 RP2040 不同，需要安裝新的編譯器和調試器。
• 裸機編程挑戰：由于啟動過程和工具鏈的差異，進行裸機編程比較困難，需要深入了解芯片架構和啟動流程。

5. RP2350 GPIO 的引腳特點

RP2350 的 GPIO 引腳具有以下特點：

• 多功能性：每個 GPIO 引腳都可以連接到多種內部外設，也可以通過軟件直接控制。
• 模擬輸入功能：部分 GPIO 引腳具有模擬輸入功能，可以連接到 ADC 進行電壓采樣。
• 可配置性：GPIO 引腳的方向、輸出電平和輸入電平都可以通過 GPIO 控制寄存器進行配置。
• 隔離寄存器：RP2350 新增了隔離寄存器，可以在低功耗狀態下保存焊盤狀態，由軟件清除。

6. 應用案例

RP2350 適用于各種應用場景，以下是一些與 USB 主機和設備模擬相關的例子：

• USB 主機：RP2350 可以作為 USB 主機，連接 USB 設備，例如鍵盤、鼠標、U 盤等。它可以通過 USB 控制器和 PHY 與這些設備通信，并通過軟件控制數據傳輸。
  • 例如，可以將 RP2350 連接到 U 盤，讀取存儲在 U 盤上的文件，并將文件內容顯示在 LCD 屏幕上。
  • 還可以將 RP2350 連接到鍵盤，讀取鍵盤輸入，并將輸入內容發送到另一個設備，例如電腦或手機。
• USB 設備模擬：RP2350 可以模擬各種 USB 設備，例如 HID 設備、串口設備、大容量存儲設備等。它可以通過 USB 控制器和 PHY 與主機通信，并通過軟件模擬設備的行為。
  • 例如，可以將 RP2350 模擬成一個 HID 設備，例如鼠標，并將 RP2350 上的傳感器數據發送到電腦，控制電腦上的鼠標指針。
  • 還可以將 RP2350 模擬成一個串口設備，將 RP2350 上的 UART 數據發送到電腦，實現與電腦的串口通信。

RP2350 是一款功能強大且靈活的微控制器，它為各種應用場景提供了無限的可能性。 相信隨著 RP2350 生態系統的不斷發展，我們將看到更多基于 RP2350 的創新應用。

以下是一些使用樹莓派 RP2350 的開源硬件項目：

RP2350 PicoDVI

• 項目簡介 ：展示了如何在 RP2350 微控制器上實現 DVI 視頻輸出，通過硬件設計和軟件算法，將原本復雜的 DVI 視頻輸出功能移植到微控制器上116。
• 技術亮點 ：利用 RP2350 的 PIO 模塊進行高速數據傳輸，通過 DMA 功能高效處理數據，實現了 TMDS 編碼，并針對 RISC-V 進行了匯編優化116。
• 應用場景 ：適用于需要高清視頻輸出的嵌入式系統，如智能家居設備、工業控制面板等，也為學生和研究人員提供了學習和研究的平臺116。
• 項目地址 ：https://gitcode.com/gh_mirrors/pi/PicoDVI11619。

Arduino-Pico

• 項目簡介 ：為 Raspberry Pi Pico 和 RP2350 開發板提供 Arduino 核心支持，允許開發者使用熟悉的 Arduino 編程環境進行項目開發 2 。
• 核心功能 ：支持多種開發板，豐富的外設支持，包括 SPI、I2C、UART、PWM、ADC 等，還支持多核處理器的并行編程、網絡功能、文件系統支持、OTA 升級、USB 支持和音頻支持等 2 。
• 應用場景 ：在物聯網、智能家居、消費電子、教育實驗等領域有廣泛的應用，如制作智能小車、構建無線傳感器網絡、開發便攜式音樂播放器、創建游戲控制器等 13 。
• 項目地址 ：https://gitcode.com/gh_mirrors/ar/arduino-pico21013。

Google Pigweed

• 項目簡介 ：是一個嵌入式庫的集合，可幫助程序員和開發者團隊為使用微控制器的嵌入式設備構建出色的軟件，如 RP2350 及其前身 RP2040415。
• 技術亮點 ：通過 Bazel 進行密封式構建、閃存和測試，提供完全開源的 Clang/LLVM 嵌入式工具鏈，圍繞合理的、與硬件無關的 C++ 構建代碼庫，還支持通過 RPC 與 Pico 通信、在 Visual Studio Code 中進行創作、跨平臺構建和工具鏈等 4 。
• 應用場景 ：適合大型專業嵌入式開發團隊在 RP2350 上構建原型和產品 4 。
• 項目地址 ：[https://opensource.googleblog.com/2020/03/pigweed-collection-of-embedded-libraries.html]

設計參考

簡述：使用 RP235x 系列芯片創建一個簡單的電路設計

原理圖

評估板信息

評估板型號：Raspberry Pi Pico 2

評估板圖片

評估板介紹：Raspberry Pi Pico 2 是一款基于新型 Raspberry Pi RP2350 雙核 RISC-V 或雙核 Cortex-M33 微控制器的 MCU 開發板

*附件：Raspberry Pi Pico 2數據手冊.pdf

使用手冊

Getting started with Raspberry Pi Pico-series Microcontrollers

原理圖

設計文件

*附件：RPi-Pico-R3-PUBLIC-20200119.zip (Cadence Allegro)

審核編輯 黃宇