บทเรียน 1.1 — สถาปัตยกรรม MCU หลายโดเมนและชั้นของ Firmware SDK

เป้าหมาย

เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณจะ

1. จับคู่งานผลิตภัณฑ์ 4 แบบ (UI, always-on sensing, inference หนัก, publish MQTT) กับโดเมน Cortex-M55 / Cortex-M33 + NNLite / Ethos-U55 ได้ถูกต้อง พร้อมเหตุผลข้อละหนึ่งประโยค
2. จำแนกทุกขั้นตอนของโจทย์ตัวอย่างว่าอยู่ชั้น HAL/BSP, Driver API, Utility หรือ Application
3. อธิบายความต่างระหว่าง SDK กับ IDE (ModusToolbox™ / VS Code) โดยยกตัวอย่างสิ่งที่อยู่ในแต่ละฝั่งได้อย่างน้อยฝั่งละหนึ่งอย่าง

ก่อนเริ่ม

• บทเรียนแรกของหลักสูตร — ไม่มีบทเรียนก่อนหน้าที่ต้องผ่าน
• ไม่ต้องใช้บอร์ด — โมดูล 1 เป็นบทเรียนเชิงแนวคิดล้วน ยังไม่ flash เฟิร์มแวร์ (การ flash Hello World อยู่ใน โมดูล 2)
• สิ่งที่ควรมีติดตัว: เขียนภาษา C ระดับพื้นฐานได้ (ฟังก์ชัน pointer struct callback) และใช้คอมพิวเตอร์/เทอร์มินัลเบื้องต้นได้
• เปิดแผ่นสรุปไว้ข้าง ๆ: sdk-layer-cheatsheet.md

ดูของจริงก่อน — ทำไม MCU ยุคนี้ถึงไม่เหมือนเดิม

MCU แบบดั้งเดิมอ่านสวิตช์/เซ็นเซอร์ ขับ LED/มอเตอร์ คุย UART/I²C/SPI บนคอร์เดียวได้ดีอยู่แล้ว — แต่ผลิตภัณฑ์อัจฉริยะสมัยใหม่ต้องการมากกว่านั้น

แนวคิดนี้เรียกว่า Edge AI — นำ AI/ML ไปทำงานใกล้แหล่งข้อมูล ไม่ใช่ส่งข้อมูลดิบขึ้นคลาวด์ตลอดเวลา

แนวคิด (1) — ทำไมคอร์เดียวมักไม่พอ

ถ้าบังคับงานทุกอย่างไว้บน CPU เดียว จะเจอข้อขัดแย้งบ่อย ๆ:

• ต้องการ inference หนัก → ต้อง clock สูง → กินพลังงานมาก
• ต้องการ always-on sensing → ต้องตื่นบ่อย → ชนกับงบพลังงาน
• ต้องการ UI/กราฟิก + เซ็นเซอร์ + เครือข่ายพร้อมกัน → แย่งเวลา CPU กัน

ดังนั้น MCU ยุค Edge AI จึงออกแบบเป็น หลายโดเมน (multi-domain) — แยกงานสมรรถนะสูงออกจากงานพลังงานต่ำ และแยกตัวเร่ง Neural Network ออกจากคอร์ทั่วไป

แนวคิด (2) — PSOC™ Edge E84: สองโดเมนหลัก

จำประโยคนี้ไว้: อย่าท่องแค่ชื่อคอร์ — ให้ตอบได้ว่า งานนี้ควรอยู่โดเมนไหน และทำไม

แนวคิด (3) — จับคู่งานกับโดเมน (design time)

แนวคิด (4) — ความเข้าใจผิดที่พบบ่อย

แนวคิด (5) — หน่วยความจำ SoC สำคัญกับ Edge AI อย่างไร

เอกสารผลิตภัณฑ์ของตระกูลระบุแนวประมาณ (ขึ้นกับรุ่นย่อย):

• System SRAM รวมสูงสุดราวหลาย MB (เอกสาร E84 มักพูดถึงราว 6 MB รวมโดเมน)
• SRAM ในโดเมน Low-Power ราว 1 MB ในบางสรุปสถาปัตยกรรม
• RRAM หน่วยไม่ลบเลือนใช้พลังงานต่ำ ราว 512 KB ในหลายรุ่น

ทำไมสำคัญ: โมเดล ML และบัฟเฟอร์เซ็นเซอร์แย่ง SRAM กัน · กราฟิก HMI กินหน่วยความจำ/แบนด์วิดท์บัส · การเลือกเก็บน้ำหนักโมเดลใน RRAM/flash ภายนอกมีผลต่อเวลาบูตและพลังงาน

แนวคิด (6) — จากสแต็กจริงของ Infineon สู่ภาษาของหลักสูตร

กฎง่าย ๆ: Utility จัดของ — Driver คุยกับฮาร์ดแวร์ — Application ตัดสินใจ

แนวคิด (7) — SDK ไม่ใช่ IDE

จำให้ขึ้นใจ: ติดตั้ง IDE ได้ ≠ เข้าใจ SDK แล้ว

ตัวอย่างสมบูรณ์ — ไล่ชั้นด้วยโจทย์จริง (Scenario A)

โจทย์: อ่านอุณหภูมิผ่าน I²C ทุก 1 วินาที ถ้าเกินเกณฑ์ให้เปิด LED และพิมพ์ข้อความทาง UART

ดูฉบับเต็ม (รวม Scenario B — always-on แล้วปลุกไปรันโมเดล) ใน README.md หัวข้อ 8.7

ฝึกเติม/แล็บ

แล็บ: จับคู่โดเมน MCU กับชั้นของ SDK — แล็บเชิงแนวคิด ไม่ต้อง flash บอร์ด (~30–45 นาที)

1. จับคู่โดเมนกับงาน 4 ข้อ พร้อมเหตุผล
2. ติดป้ายชั้นซอฟต์แวร์ให้โครงสร้างโฟลเดอร์ตัวอย่าง
3. ตอบโจทย์รวมสองสถานการณ์ (on-device gesture, always-on then wake)
4. ทำ checklist ถูก/ผิด 10 ข้อ ให้ได้อย่างน้อย 8/10 ก่อนไป โมดูล 2

เช็กความเข้าใจ

1. งาน "ฟังคำปลุก (wake-word) แบบใช้พลังงานต่ำตลอดคืน" ควรอยู่โดเมนใดตามแนวทางของบทเรียน
2. ใน Scenario A (อ่านอุณหภูมิทุก 1 วินาที) ขั้นตอน "เก็บตัวอย่างล่าสุด N ค่า / ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่" อยู่ชั้นใด
3. ข้อใดตรงกับประโยค "ติดตั้ง IDE ได้ ≠ เข้าใจ SDK แล้ว" มากที่สุด

ไปต่อ

• SDK ≠ IDE — เครื่องมืออยู่คนละชั้นกับไลบรารีที่โค้ดเรียกใช้
• บทเรียนนี้ไม่ flash บอร์ด — พร้อมแล้วสำหรับติดตั้งเครื่องมือใน โมดูล 2 — ModusToolbox™ และ VS Code สำหรับพัฒนาเฟิร์มแวร์
• หลังโมดูล 2 ไปต่อ โมดูล 3 — GPIO และอุปกรณ์ต่อพ่วงพื้นฐาน

บทเรียนโมดูล 2 →

แหล่งที่มา

"บทเรียน 1.1 — สถาปัตยกรรม MCU หลายโดเมนและชั้นของ Firmware SDK" จาก TESA Open Knowledge โดยสมาคมสมองกลฝังตัวไทย
(Thai Embedded Systems Association: TESA) https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program
สัญญาอนุญาต CC BY-NC 4.0

เนื้อหาต้นฉบับโดย ผศ.ดร.สันติ นุราช ภาควิชาวิศวกรรมระบบควบคุมและเครื่องมือวัด คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (KMUTT) (https://github.com/drsanti) ภายใต้การสนับสนุนของสมาคมสมองกลฝังตัวไทย (TESA)
นำเข้าจาก drsanti/TESAIoT-Courses — C1 (commit 287c218) ภายใต้สัญญาอนุญาต CC BY 4.0

ไม่มีภาพจากบุคคลที่สามในสไลด์ชุดนี้