Texas Instruments基于Arm?的AM64x單核Cortex?-A53 MCU設(shè)計用于工業(yè)應(yīng)用。這些應(yīng)用包括可編程邏輯控制器 (PLC) 和電機驅(qū)動器，需要將通信和實時處理與應(yīng)用處理進行獨特組合。AM64x將基于Arm的器件的兩個示例與支持千兆位TSN的PRU-ICSSG與多達兩個Arm Cortex-A53內(nèi)核、多達四個Cortex-R5F MCU和一個Cortex-M4F MCU相結(jié)合。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments 基于ARM?的AM64x單核Cortex?-A53 MCU數(shù)據(jù)手冊.pdf

AM64x架構(gòu)旨在通過高性能R5F、可配置SRAM分區(qū)、緊密耦合存儲器組以及進出外設(shè)的專用低延遲路徑提供實時性能，從而實現(xiàn)進出SoC的快速數(shù)據(jù)流動。這種確定性架構(gòu)支持AM64x處理伺服驅(qū)動器中的緊密控制環(huán)路。同時，F(xiàn)SI、GPMC、PWM、Σ-Δ抽取濾波器和絕對編碼器接口等外設(shè)有助于在這些系統(tǒng)中實現(xiàn)多種不同架構(gòu)。

Cortex-A53提供Linux應(yīng)用程序所需的強大計算元件。Linux和實時 (RT) Linux通過TI的處理器 SDK Linux供電，每年都會更新到最新的長期支持 (LTS) Linux內(nèi)核、引導(dǎo)加載程序和Yocto文件系統(tǒng)。AM64x通過可配置的存儲器分區(qū)在Linux應(yīng)用程序和實時流之間實現(xiàn)隔離，從而幫助將Linux世界與實時世界橋接。Cortex-A53可指定嚴(yán)格在Linux的DDR之外運行，內(nèi)部SRAM可分為各種尺寸，方便Cortex-R5F一起使用或獨立使用。

Texas Instruments AM64x具有靈活的工業(yè)通信功能，包括用于EtherCAT SubDevice、EtherNet/IP適配器、PROFINET器件和IO-Link主機的完整協(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SoC中的其他接口，包括絕對編碼器接口和Σ-Δ抽取濾波器。

通過集成的Cortex-M4F和專用外設(shè)實現(xiàn)功能安全特性，所有外設(shè)均可與SoC的其余部分隔離。AM64x還支持安全啟動。

特性

處理器內(nèi)核
- 1個雙64位Arm Cortex-A53微處理器子系統(tǒng)，頻率高達1.0GHz
- 最多2個雙核Arm Cortex-R5F MCU子系統(tǒng)，頻率高達800MHz，集成用于實時處理
- 1個單核Arm Cortex-M4F MCU，頻率高達400MHz
工業(yè)子系統(tǒng)
- 2個千兆位工業(yè)通信子系統(tǒng) (PRU_ICSSG)
  - 支持Profinet IRT、Profinet RT、以太網(wǎng)/IP、EtherCAT、時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 等
  - 向后兼容10/100Mb PRU_ICSS
  - 每個PRU_ICSSG包含以下內(nèi)容：
    - 2個以太網(wǎng)端口
    - 每個PRU_ICSSG有6個PRU RISC內(nèi)核，每個內(nèi)核有：
    - 三個數(shù)據(jù)RAM，帶ECC
    - 八組30 × 32位寄存器暫存存儲器
    - 中斷控制器和任務(wù)管理器
    - 兩個64位工業(yè)以太網(wǎng)外設(shè) (IEP)，用于時間戳和其他時間同步功能
    - 18個Σ-Δ濾波器
    - 6個多協(xié)議位置編碼器接口
    - 1個增強型捕獲模塊 (ECAP)
    - 16550兼容UART，具有專用192MHz時鐘，支持12Mbps PROFIBUS
存儲器子系統(tǒng)
- 高達2MB片上RAM (OCSRAM)，帶SECDED ECC：
- DDR子系統(tǒng) (DDRSS)
- 1個通用存儲器控制器 (GPMC)
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)移動子系統(tǒng) (DMSS)
安全性
- 安全引導(dǎo)支持
- 加密加速支持
- 調(diào)試安全
- 可信執(zhí)行環(huán)境 (TEE) 支持
- 安全存儲支持
- 支持動態(tài)加密，用于XIP模式下OSPI接口
- 通過基于數(shù)據(jù)包的硬件加密引擎為數(shù)據(jù) (有效載荷) 加密/身份驗證提供網(wǎng)絡(luò)安全支持
- 密鑰和安全管理用安全協(xié)處理器 (DMSC-L)，具有專用設(shè)備級，安全軟件的互連
高速接口
- 1個支持的集成以太網(wǎng)交換機 (CPSW3G)
  - 多達2個以太網(wǎng)端口
  - RMII (10/100)
  - RGMII (10/100/1000)
  - IEEE 1588（2008年附件D、附件E、附件F），802.1AS PTP
  - 第45條MDIO PHY管理
  - 能效以太網(wǎng) (802.3az)
- 1個PCI-Express Gen2控制器 (PCI-E)
- 1個USB 3.1雙角色器件 (DRD) 子系統(tǒng) (USBSS)
通用連接性
- 6個內(nèi)部集成電路 ( ^I2C^ ) 端口
- 9個可配置通用異步接收/發(fā)射（UART）模塊
- 1個閃存子系統(tǒng) (FSS)，可配置為八通道SPI (OSPI) 閃存接口或一個四通道SPI (QSPI)
- 1個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)
- 7個多通道串行外設(shè)接口 (MCSPI) 控制器
- 6個快速串行接口接收器 (FSI_RX) 內(nèi)核
- 2個快速串行接口發(fā)射器 (FSI_TX) 內(nèi)核
- 3個通用 I/O (GPIO) 模塊
控制接口
- 9個增強型脈寬調(diào)制器 (EPWM) 模塊
- 3個增強型捕獲 (ECAP) 模塊
- 3個增強型正交編碼器脈沖 (EQEP) 模塊
- 2個模塊化控制器局域網(wǎng) (MCAN) 模塊，支持或不支持完整的CAN-FD
媒體和數(shù)據(jù)存儲
- 2個多媒體卡/安全數(shù)字 (MMC/SD/SDIO) 接口
電源管理
- 簡化的電源序列
- 集成SDIO LDO，用于處理SD接口的自動電壓轉(zhuǎn)換
- 集成電壓監(jiān)控器，用于對過壓情況進行安全監(jiān)控
- 集成電源毛刺脈沖檢測器，用于檢測快速電源瞬態(tài)
功能安全
- 針對功能安全標(biāo)準(zhǔn)
  - 該器件開發(fā)用于功能安全應(yīng)用
  - 可提供文檔，協(xié)助IEC 61508功能安全系統(tǒng)設(shè)計
  - 系統(tǒng)能力高達SIL 3
  - 硬件完整性達到SIL 2標(biāo)準(zhǔn)
  - 安全相關(guān)認(rèn)證
  - 計算關(guān)鍵型存儲器上的ECC或奇偶校驗
  - 部分內(nèi)部總線互連上的ECC和奇偶校驗
  - CPU和片上RAM的內(nèi)置自檢 (BIST)
  - 錯誤信號模塊 (ESM)，帶錯誤引腳
  - 運行時安全診斷、電壓、溫度和時鐘監(jiān)控、窗口看門狗定時器、CRC引擎（用于內(nèi)存完整性檢查）
  - 專用MCU域存儲器、接口和M4F內(nèi)核，能夠與具有無干擾 (FFI) 特性的大型SoC隔離
    - 獨立互連
    - 防火墻和超時墊片
    - 專用PLL
    - 專用I/O電源
    - 單獨重置
SoC結(jié)構(gòu)
- 支持從UART、I2C、OSPI/QSPI閃存、SPI閃存、并行NOR閃存、并行NAND閃存、SD、eMMC、USB、PCIe和以太網(wǎng)接口主啟動
- 16nm FinFET技術(shù)
- 17.2mm × 17.2mm、0.8mm腳距、441引腳BGA封裝

功能框圖

基于AM64x Sitara?處理器的工業(yè)應(yīng)用解決方案

一、AM64x處理器概述

AM64x是德州儀器(Texas Instruments)推出的Sitara?工業(yè)級異構(gòu)Arm?處理器家族的最新成員，專為工業(yè)自動化應(yīng)用設(shè)計。該系列處理器結(jié)合了實時處理與通信能力，完美適用于工業(yè)控制領(lǐng)域如電機驅(qū)動、PLC(可編程邏輯控制器)和工業(yè)機器人等應(yīng)用場景。

AM64x處理器采用16nm FinFET工藝制造，封裝為17.2mm×17.2mm的441引腳BGA，具有以下核心特點：

支持1個雙核64位Arm? Cortex?-A53微處理器子系統(tǒng)(最高1.0GHz)
集成多達4個Cortex-R5F MCU(最高800MHz)用于實時處理
包含1個Cortex-M4F MCU(最高400MHz)用于安全隔離功能
2MB片上共享RAM(OCSRAM)帶SECDED ECC保護
支持LPDDR4/DDR4內(nèi)存(最高1600MT/s)

二、關(guān)鍵特性與技術(shù)優(yōu)勢

1. 實時處理架構(gòu)

AM64x通過高性能R5F核心、緊耦合內(nèi)存(TCM)和可配置SRAM分區(qū)實現(xiàn)了卓越的實時性能。其確定性架構(gòu)能夠處理伺服驅(qū)動中的嚴(yán)格控制環(huán)路，同時支持多種工業(yè)接口：

9個增強型PWM模塊(EPWM)
3個增強型捕獲模塊(ECAP)
3個增強型正交編碼器脈沖模塊(EQEP)
18個Sigma-Delta濾波器

2. 工業(yè)通信能力

AM64x提供靈活的工業(yè)通信支持，包括完整的協(xié)議棧：

EtherCAT從設(shè)備
PROFINET設(shè)備
EtherNet/IP適配器
IO-Link主站
2個千兆工業(yè)通信子系統(tǒng)(PRU_ICSSG)支持TSN協(xié)議

3. 功能安全特性

通過集成的Cortex-M4F和專用外設(shè)實現(xiàn)功能安全：

符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)(SIL 3系統(tǒng)能力/SIL 2硬件完整性)
安全啟動支持(硬件強制的信任根)
加密加速器(AES/SHA/DRBG/PKA)
廣泛的防火墻和隔離支持

4. 內(nèi)存子系統(tǒng)

2MB片上共享RAM(可分區(qū)為8個256KB存儲塊)
DDR子系統(tǒng)支持16位LPDDR4/DDR4(最高2GB容量)
通用內(nèi)存控制器(GPMC)支持128MB NOR/NAND閃存

三、典型應(yīng)用場景

AM64x處理器特別適合以下工業(yè)應(yīng)用：

? 可編程邏輯控制器(PLC) ?：結(jié)合A53的Linux處理能力和R5F的實時控制
?電機驅(qū)動?：通過PWM、編碼器接口和Sigma-Delta濾波器實現(xiàn)精確控制
?遠程I/O模塊?：利用豐富的工業(yè)通信協(xié)議支持
?工業(yè)機器人?：多軸協(xié)同控制與實時響應(yīng)
?狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)關(guān)?：數(shù)據(jù)采集與邊緣計算能力

四、開發(fā)支持與生態(tài)系統(tǒng)

德州儀器為AM64x提供全面的軟件開發(fā)支持：

Processor SDK Linux：基于最新LTS內(nèi)核的Linux解決方案
實時Linux(RT Linux)支持
Yocto文件系統(tǒng)
年度更新保證

此外，TI還提供豐富的參考設(shè)計，幫助客戶快速開發(fā)產(chǎn)品，包括：

工業(yè)通信協(xié)議棧
電機控制算法
安全啟動實現(xiàn)方案

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