电子产品世界

在技术飞速发展的时代，边缘机器学习（边缘ML）作为一种变革性技术脱颖而出，重新定义了我们实时处理和分析数据的方式。这种开创性方法直接在边缘设备上部署ML模型，掀开了响应式智能应用的新篇章。本文将通过一个实操项目来深入探索边缘ML，探讨其意义、应用及其为各行各业带来的无数好处。

与严重依赖集中式云服务器进行大量数据处理的传统ML模型相比，边缘ML可将计算工作量直接转移到边缘设备上。这就给边缘设备提供了即时决策的潜力，而无需一直依赖外部服务器。这种转变解决了传统方法固有的延迟、隐私和带宽挑战等相关问题。

边缘ML的优势在于其提供实时见解的能力。通过直接在边缘设备上执行推理，应用可以针对不断变化的情况做出快速反应，因此非常适合时间敏感型场景。无论是在需要瞬间做出决策的自动驾驶汽车中、发现潜在威胁的智能监控摄像头中，还是在提供及时诊断的医疗保健设备中，通过边缘ML都能显著缩短延迟时间。

本文将带领读者了解在边缘ML的实际应用中使用FRDM-MCX-N947 FRDM开发板的必要步骤，并介绍用于生成ML模型的NXP eIQ® Portal。板载的MCX N947 MCU包含一个eIQ Neutron神经处理单元 (NPU)，可缩短推理时间，从而提高边缘ML产品的电池寿命。从智慧城市和工业物联网 (IIoT) 到医疗保健和消费电子领域，潜在的应用多种多样且影响深远。

项目材料与资源

项目物料清单 (BOM)

●   NXP FRDM-MCXN947

项目代码/软件

●   MCUXpresso IDE for NXP MCU

●   MCUXpresso SDK Builder

●   eIQ Toolkit

其他资源

●   MCUXpresso IDE终端窗口、Tera Term或其他终端仿真器软件

其他硬件

●   Windows PC

●   USB Type-C转USB Type-A电缆，或Type-C电缆（取决于PC USB端口的可用性）

帐户

●   NXP帐户（可免费创建）

项目技术概况

FRDM-MCXN947开发板（图1）搭载MCX N947 MCU，后者有两个高性能Arm^® Cortex^®-M33内核，每个内核的运行速度高达150MHz。此MCU配备2MB闪存、可选的全ECC RAM、DSP协处理器和集成式eIQ Neutron NPU。NPU可显著提高ML吞吐量，与单核CPU相比，性能最多可提升30倍。因此它能让设备大幅缩短工作时间，从而降低总体功耗。

图1 搭载MCX N947 MCU的NXP FRDM-MCXN947开发板（图源：贸泽电子）

多核架构通过在模拟和数字外设之间智能分配工作负载，提高了系统性能和效率。此开发板配备了MCUXpresso Developer Experience支持，经过优化且使用方便，可以加快嵌入式系统的开发速度。

MCX N94x系列专为工业应用而设计，具有更丰富的模拟和电机控制外设。

项目开发

本项目将介绍MCX N94x MCU，专门使用FRDM-MCXN947开发板让读者了解如何轻松启动并运行该产品。

软件安装

下面列出了运行示例项目所需的软件，但只有MCUXpresso集成开发环境 (IDE) 是必需的。

MCUXpresso IDE

MCUXpresso IDE为开发人员提供基于Eclipse的用户友好开发环境，专为搭载Arm Cortex-M内核的NXP MCU（包括通用跨界MCU和支持无线功能的MCU）量身定制。此IDE提供各种高级编辑、编译和调试功能，包括MCU特定调试视图、代码跟踪和剖析、多核调试以及集成的配置工具（图2）。

图2 NXP MCUXpresso IDE（图源：贸泽电子）

安装步骤非常简单，只需导航至NXP MCUXpresso IDE下载网站。单击网站右上角的Downloads图标，导航至MCUXpresso Integrated Development Environment (IDE)，然后单击Download。如果出现提示，请按照屏幕上的说明创建帐户。

在接下来的画面上，您可以选择要下载的版本以及要使用的操作系统 (OS) 。本项目使用MCUXpresso 11.8.1版本（请下载最新版本）和Windows OS。

SDK Builder

MCUXpresso SDK Builder（图3）通过提供开源驱动程序、中间件和参考示例应用来加快软件开发速度。通过SDK Builder，您可以定制并下载与所选处理器或评估板相匹配的软件开发套件 (SDK)，从而简化开发流程。我们将在后面创建并安装SDK。

图3 NXP MCUXpresso SDK Builder网站（图源：贸泽电子）

eIQ Portal

eIQ Toolkit（图4）通过直观的图形用户界面（即eIQ Portal）和工作流工具，以及eIQ ML软件开发环境中的命令行主机工具选项，助力ML的开发。NXP的eIQ Toolkit是与Au-Zone Technologies独家合作开发的，它为开发人员提供图形级分析功能和运行时洞察力，可优化EdgeVerse™处理器上的神经网络架构。它还提供转换模型所需的工具以便利用eIQ Neutron NPU。

图4 eIQ Portal（图源：贸泽电子）

eIQ软件不是运行本示例项目所必需的，但它可以通过建立和实现新模型支持进一步的开发。所需文件可在eIQ Toolkit for End-to-End Model Development and Deployment页面找到。单击右上角的“Downloads”按钮，然后根据您的操作系统查找并下载最新版本的eIQ Toolkit安装程序。

硬件设置

本项目的硬件设置非常简单。只需用USB Type-C电缆将主机与电路板的J17 USB Type-C端口（SW1旁边）相连（图5）。然后就可以编程并调试代码。

图5 连接了USB Type-C电缆的FRDM-MCX-N947（图源：贸泽电子）

组装

创建并安装SDK

在开始之前，您需要找到并安装设备所需的SDK：

1.导航至https://mcuxpresso.nxp.com/en/welcome（需要登录）

2.单击Select Development Board

3.从Boards下拉菜单中选择MCX，然后选择FRDM-MCXN947 (MCXN947)（图6）。

4.选中后，从窗口右侧的Selection Details单击Build MCUXpresso SDK。

图6 NXP MCUXpresso SDK Builder开发板选择（图源：贸泽电子）

1.在Developer Environment Settings（图7）下方，选择所有库，确保其中有eIQ Middleware。

2.单击窗口底部的Download SDK。

图7 NXP MCUXpresso SDK Builder开发环境设置（图源：贸泽电子）

1.从MCUXpresso SDK Dashboard（图8）找到新创建的SDK，然后在特定SDK窗口的右侧单击Download SDK。（该区域将列出所有创建的SDK。）

图8 NXP MCUXpresso SDK Builder Dashboard（图源：贸泽电子）

2.打开MCUXpresso IDE（如果尚未打开）。

3.找到下载的SDK文件。

4.将压缩的SDK文件拖到Installed SDKs窗口（图9），按照屏幕上的说明开始安装。（注意：窗口位置可能因IDE配置而异。）

图9 MCUXpresso IDE安装的SDK列表（图源：贸泽电子）

找到并加载示例项目

SDK安装完成后，使用以下步骤访问示例项目，以便测试和开发设备：

5打开MCUXpresso IDE并关闭欢迎窗口。

6.在MCUXpresso IDE的左下角找到Quickstart Panel（图10）。

图10 MCUXpresso IDE Quickstart Panel（图源：贸泽电子）

1.在Create or import a project下面，选择Import SDK example(s)…，这将打开SDK Import Wizard（图11）。

2.从列表中选择FRDM-MCXN947，然后单击Next。

图11 MCUXpresso IDE SDK Import Wizard（图源：贸泽电子）

1.选择eiq_eamples下面的tflm_label_image演示文件，如图11所示。也可以选择其他示例。

2.单击Finish，开始将示例项目导入工作空间。

3.在Project Explorer窗口（图12）中，应可看到所有已安装和可用项目的列表。

图12 MCUXpresso IDE Project Explorer（图源：贸泽电子）

对FRDM-MCXN947进行编程和调试

利用所安装SDK中的可用示例程序，您可以评估任何eIQ项目。在本项目中，我们将评估Label Image示例项目。

1.从Project Explorer中的可用项目列表（图12），选择frdmmcxn947_tflm_label_image。

2.在IDE顶部的工具栏中，单击Build图标。

3.在控制台中确认编译完成且无错误（图13）。

图13 MCUXpresso IDE控制台窗口（图源：贸泽电子）

4.右键单击所选示例程序，选择Debug As，然后选择MCUXpresso IDE LinkServer。

5.在SWD Configuration窗口（图14）中，选择Device 0，然后单击OK。

图14 MCUXpresso IDE SWD Configuration窗口（图源：贸泽电子）

6.label image文件编译完成后，按下F8或单击工具栏上的Resume图标，继续调试程序。

7.打开终端窗口（图15）或其他终端仿真器软件。

8.选择分配给设备的COM端口。

9.如下所示设置COM端口：

a.波特率：115200

b.数据位：8

c.奇偶校验位：无

d.停止位：1

e.流控制：无

图15 MCUXpresso IDE终端窗口（图源：贸泽电子）

此示例项目的输出结果应显示在终端窗口中，由于未连接外部摄像头，因此只能显示静态图像。

更进一步

当然，这并不是最终的可能结果。只需拖放文件，还可通过eIQ Portal，使用自定义图像集创建模型（图16）。有了可用的示例和新增的硬件，图像分类和实时监控就变得简单多了。您还可以使用eIQ Toolkit转换现有模型，并利用eIQ Neutron NPU。MCX N系列中的eIQ Neutron NPU可以显著缩短运行模型时的推理时间。

图16 eIQ Portal Data Set Curator（图源：贸泽电子）

结语

边缘ML的显著优势在于其提供实时见解的能力。在边缘设备上进行直接推理可使应用对动态条件迅速做出反应，这在时间敏感型场景中尤为有利。无论是在需要瞬间做出决策的自动驾驶汽车中、发现潜在威胁的智能监控摄像头中，还是在提供及时诊断的医疗保健设备中，通过边缘ML缩短延迟时间都是至关重要的创新。

本文提供了实操型指南，让读者了解在边缘ML应用中使用FRDM-MCXN947 FRDM开发板的基本步骤。此外，本文还介绍了用于生成ML模型的工具 - eIQ Portal。所展示的应用涉及智慧城市、工业物联网 (IIoT)、医疗保健和消费电子等多个行业，凸显了边缘ML广泛而深刻的影响。

作者简介

Joseph Downing于2011年加入贸泽电子，担任技术支持专员，后转为技术内容专员。此外，Joseph还曾就职于Intel、Radisys和Planar等电子行业公司，拥有20多年的工作经验。作为一名狂热的创客，Joseph帮助管理并向“应用与技术”专栏以及贸易展会提供技术项目和材料。

关键词： NXP 边缘机器学习