Texas Instruments基于Arm?的AM243x雙核Cortex? MCU設(shè)計(jì)用于需要將處理和實(shí)時(shí)通信相結(jié)合的工業(yè)應(yīng)用，如遠(yuǎn)程I/O模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。AM243x系列提供可擴(kuò)展的性能，具有多達(dá)四個(gè)Cortex-R5F MCU、一個(gè)Cortex-M4F和兩個(gè)支持Arm的千兆位TSN的PRU _ ICSSG實(shí)例。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：Texas Instruments 基于Arm?的AM243x雙核Cortex? MCU數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

Texas Instruments AM243x SoC架構(gòu)設(shè)計(jì)用于通過(guò)高性能Arm Cortex-R5F內(nèi)核提供實(shí)時(shí)性能。這些器件包括緊密耦合的存儲(chǔ)器組、可配置的SRAM分區(qū)以及進(jìn)出外設(shè)的專用低延遲路徑。這些特性結(jié)合在一起，可實(shí)現(xiàn)SoC數(shù)據(jù)流動(dòng)的快速進(jìn)出。這種確定性架構(gòu)支持AM243x處理伺服驅(qū)動(dòng)器中的緊密控制環(huán)路。同時(shí)，F(xiàn)SI、eCAP、GPMC、PWM和編碼器接口等外設(shè)有助于在這些系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多種不同架構(gòu)。

該SoC具有靈活的工業(yè)通信功能，包括用于EtherCAT目標(biāo)、IO-Link控制器、PROFINET器件和EtherNet/IP適配器的完整協(xié)議堆棧。PRU_ICSSG還支持千兆位和基于TSN的協(xié)議。此外，PRU_ICSSG還支持額外接口，包括UART接口、絕對(duì)編碼器接口和Σ-Δ抽取濾波器。功能安全特性可以通過(guò)集成的Cortex-M4F和專用外設(shè)實(shí)現(xiàn)，并且都可以與SoC的其他部分隔離。AM243x還支持安全啟動(dòng)。

特性

• 處理器內(nèi)核
  • 最多2個(gè)雙核Arm Cortex-R5F MCU子系統(tǒng)，頻率高達(dá)800MHz，高度集成用于實(shí)時(shí)處理
  • 1個(gè)單核Arm Cortex-M4F MCU，頻率高達(dá)400MHz
• 存儲(chǔ)器子系統(tǒng)
  • 高達(dá)2MB片上RAM (OCSRAM)，帶SECDED ECC
  • DDR子系統(tǒng) (DDRSS)
• 片上系統(tǒng) (SoC) 服務(wù)
  • 設(shè)備管理安全控制器 (DMSC-L)
  • 數(shù)據(jù)移動(dòng)子系統(tǒng) (DMSS)
  • 時(shí)間同步子系統(tǒng)
• 工業(yè)子系統(tǒng)
  • 2個(gè)千兆位工業(yè)通信子系統(tǒng) (PRU_ICSSG)
• 安全引導(dǎo)支持
• 安全性
  • 支持加密加速
  • 調(diào)試安全
  • 安全存儲(chǔ)支持
  • 支持動(dòng)態(tài)加密 (OTFE)，用于XIP模式下OSPI
  • 通過(guò)基于數(shù)據(jù)包的硬件加密引擎為數(shù)據(jù) (有效載荷) 加密/身份驗(yàn)證提供網(wǎng)絡(luò)安全支持
  • DMSC-L協(xié)處理器，用于安全和密鑰管理，具有專用設(shè)備級(jí)互連
• 通用連接外設(shè)
  • 6個(gè)內(nèi)部集成電路 (I^2^C) 端口
  • 9個(gè)可配置通用異步接收/發(fā)射 (UART) 模塊
  • 1個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)
  • 7個(gè)多通道串行外設(shè)接口 (SPI) 控制器
  • 3個(gè)通用 I/O (GPIO) 模塊
  • 9個(gè)增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器 (EPWM) 模塊
  • 3個(gè)增強(qiáng)型捕獲 (ECAP) 模塊
  • 3個(gè)增強(qiáng)型正交編碼器脈沖 (EQEP) 模塊
  • 2個(gè)模塊化控制器局域網(wǎng) (MCAN) 模塊，支持完整的CAN-FD
  • 2個(gè)快速串行接口發(fā)射器 (FSITX) 內(nèi)核
  • 6個(gè)快速串行接口接收器 (FSIRX) 內(nèi)核
• 高速接口
  • 1個(gè)集成以太網(wǎng)交換機(jī)，支持多達(dá)2個(gè)外部端口 (CPSW3G)
  • 1個(gè)PCI-Express Gen2控制器 (PCI-E)
  • 1個(gè)USB 3.1雙角色器件 (DRD) 子系統(tǒng) (USBSS)
  • 1個(gè)串行器/解串器 (SERDES)
• 媒體和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
  • 2個(gè)多媒體卡/安全數(shù)字 (MCDC) 接口
  • 1個(gè)通用存儲(chǔ)器控制器 (GPMC)
  • 1個(gè)閃存子系統(tǒng) (FSS)，可配置為一個(gè)八通道SPI (OSPI) 或一個(gè)四通道SPI (QSPI) 閃存接口
• 電源管理
  • 簡(jiǎn)化了電源排序要求
  • 雙電壓I/O支持
  • 集成SDIO LDO，用于處理SD接口的自動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換
  • 集成電壓監(jiān)控器，用于對(duì)過(guò)壓情況進(jìn)行安全監(jiān)控
  • 集成電源毛刺脈沖檢測(cè)器，用于檢測(cè)快速電源瞬態(tài)
• 功能安全
  • 針對(duì)功能安全標(biāo)準(zhǔn)
• SoC結(jié)構(gòu)
  • 支持從UART、I^2^C、OSPI/QSPI閃存、SPI閃存、并行NOR閃存、并行NAND閃存、SD、eMMC、USB 2.0、PCIe和以太網(wǎng)接口的主引導(dǎo)
  • 16-nm FinFET技術(shù)
• 封裝選項(xiàng)
  • ALV：17.2mm × 17.2mm，0.8mm腳距（441引腳）FCBGA [Lidded] 倒裝芯片球柵陣列ALV封裝

功能框圖

基于AM243x Sitara?微控制器的工業(yè)通信與實(shí)時(shí)控制解決方案

引言

Texas Instruments的AM243x Sitara?微控制器系列是為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的高性能MCU，特別適用于需要實(shí)時(shí)通信和處理的場(chǎng)景，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)程I/O模塊和工廠自動(dòng)化機(jī)器人等。本文將從AM243x的關(guān)鍵特性、架構(gòu)設(shè)計(jì)和典型應(yīng)用等方面進(jìn)行深入分析。

AM243x系列概述

AM243x是Sitara工業(yè)級(jí)產(chǎn)品組合向高性能微控制器的擴(kuò)展，提供以下核心特性：

?處理器配置?

• 多達(dá)4個(gè)Arm Cortex-R5F MCU子系統(tǒng)，最高800MHz
• 1個(gè)Arm Cortex-M4F MCU，最高400MHz
• 2個(gè)支持千兆TSN的PRU_ICSSG子系統(tǒng)

?實(shí)時(shí)性能優(yōu)化?

• 緊密耦合內(nèi)存(TCM)架構(gòu)
• 可配置的SRAM分區(qū)
• 外設(shè)專用低延遲數(shù)據(jù)路徑
• 確定性架構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于伺服驅(qū)動(dòng)等嚴(yán)格控制系統(tǒng)

?功能安全特性?

• 符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)
• 系統(tǒng)能力達(dá)SIL 3，硬件完整性達(dá)SIL 2
• 安全啟動(dòng)支持
• 加密加速引擎(AES/3DES/SHA等)

架構(gòu)分析

處理器子系統(tǒng)

AM243x采用異構(gòu)多核架構(gòu)：

• ?Cortex-R5F集群?：支持雙核和單核操作模式，每個(gè)核心具有32KB I-cache和32KB D-cache
• ?Cortex-M4F核心?：256KB SRAM，支持功能安全隔離
• ?PRU_ICSSG?：可編程實(shí)時(shí)單元，支持多種工業(yè)協(xié)議

內(nèi)存系統(tǒng)

• 片上RAM：高達(dá)2MB OCSRAM，支持SECDED ECC
• DDR子系統(tǒng)：支持LPDDR4/DDR4，16位數(shù)據(jù)總線+內(nèi)聯(lián)ECC
• 靈活的內(nèi)存分配機(jī)制，可分區(qū)給不同核心使用

工業(yè)通信能力

• 2個(gè)千兆工業(yè)通信子系統(tǒng)(PRU_ICSSG)
• 支持協(xié)議：Profinet IRT/RT、EtherNet/IP、EtherCAT、TSN等
• 內(nèi)置協(xié)議棧支持：EtherCAT目標(biāo)、PROFINET設(shè)備、EtherNet/IP適配器等

關(guān)鍵外設(shè)接口

?工業(yè)控制接口?

• 9個(gè)增強(qiáng)型PWM模塊
• 3個(gè)增強(qiáng)型捕獲模塊
• 3個(gè)增強(qiáng)型正交編碼器接口
• 2個(gè)支持CAN-FD的MCAN模塊

?高速接口?

• 集成以太網(wǎng)交換機(jī)(2個(gè)外部端口)
• PCIe Gen2控制器
• USB 3.1雙角色設(shè)備
• 串行器/解串器(SERDES)接口

?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?

• 2個(gè)MMC/SD接口(8位eMMC和4位SDIO)
• OSPI/QSPI閃存接口
• 通用內(nèi)存控制器(GPMC)

典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. ? 可編程邏輯控制器(PLC) ?
   • 多協(xié)議工業(yè)通信支持
   • 實(shí)時(shí)控制能力
   • 功能安全認(rèn)證
2. ?電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?
   • 高精度PWM控制
   • 編碼器接口
   • 實(shí)時(shí)性能優(yōu)化
3. ?工業(yè)機(jī)器人?
   • 確定性實(shí)時(shí)響應(yīng)
   • 多種工業(yè)以太網(wǎng)支持
   • 安全功能集成
4. ?狀態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)?
   • 數(shù)據(jù)處理能力
   • 多種通信接口
   • 低延遲特性

開發(fā)支持

TI為AM243x提供全面的開發(fā)支持：

• AM243x評(píng)估模塊(TMDSAM243)
• AM243x LaunchPad開發(fā)套件(LPAM243x)
• 工業(yè)通信協(xié)議棧
• 功能安全文檔和認(rèn)證支持

結(jié)語(yǔ)

AM243x Sitara微控制器通過(guò)其強(qiáng)大的多核架構(gòu)、豐富的工業(yè)通信支持和功能安全特性，為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了高性能的解決方案。其靈活的配置和全面的開發(fā)支持使其成為工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想選擇。