Texas Instruments基于Arm?的AM243x雙核Cortex? MCU設計用于需要將處理和實時通信相結合的工業應用，如遠程I/O模塊和電機驅動器。AM243x系列提供可擴展的性能，具有多達四個Cortex-R5F MCU、一個Cortex-M4F和兩個支持Arm的千兆位TSN的PRU _ ICSSG實例。

數據手冊：*附件：Texas Instruments 基于Arm?的AM243x雙核Cortex? MCU數據手冊.pdf

Texas Instruments AM243x SoC架構設計用于通過高性能Arm Cortex-R5F內核提供實時性能。這些器件包括緊密耦合的存儲器組、可配置的SRAM分區以及進出外設的專用低延遲路徑。這些特性結合在一起，可實現SoC數據流動的快速進出。這種確定性架構支持AM243x處理伺服驅動器中的緊密控制環路。同時，FSI、eCAP、GPMC、PWM和編碼器接口等外設有助于在這些系統中實現多種不同架構。

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

特性

• 處理器內核
  • 最多2個雙核Arm Cortex-R5F MCU子系統，頻率高達800MHz，高度集成用于實時處理
  • 1個單核Arm Cortex-M4F MCU，頻率高達400MHz
• 存儲器子系統
  • 高達2MB片上RAM (OCSRAM)，帶SECDED ECC
  • DDR子系統 (DDRSS)
• 片上系統 (SoC) 服務
  • 設備管理安全控制器 (DMSC-L)
  • 數據移動子系統 (DMSS)
  • 時間同步子系統
• 工業子系統
  • 2個千兆位工業通信子系統 (PRU_ICSSG)
• 安全引導支持
• 安全性
  • 支持加密加速
  • 調試安全
  • 安全存儲支持
  • 支持動態加密 (OTFE)，用于XIP模式下OSPI
  • 通過基于數據包的硬件加密引擎為數據 (有效載荷) 加密/身份驗證提供網絡安全支持
  • DMSC-L協處理器，用于安全和密鑰管理，具有專用設備級互連
• 通用連接外設
  • 6個內部集成電路 (I^2^C) 端口
  • 9個可配置通用異步接收/發射 (UART) 模塊
  • 1個12位模數轉換器 (ADC)
  • 7個多通道串行外設接口 (SPI) 控制器
  • 3個通用 I/O (GPIO) 模塊
  • 9個增強型脈寬調制器 (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 (MCAN) 模塊，支持完整的CAN-FD
  • 2個快速串行接口發射器 (FSITX) 內核
  • 6個快速串行接口接收器 (FSIRX) 內核
• 高速接口
  • 1個集成以太網交換機，支持多達2個外部端口 (CPSW3G)
  • 1個PCI-Express Gen2控制器 (PCI-E)
  • 1個USB 3.1雙角色器件 (DRD) 子系統 (USBSS)
  • 1個串行器/解串器 (SERDES)
• 媒體和數據存儲
  • 2個多媒體卡/安全數字 (MCDC) 接口
  • 1個通用存儲器控制器 (GPMC)
  • 1個閃存子系統 (FSS)，可配置為一個八通道SPI (OSPI) 或一個四通道SPI (QSPI) 閃存接口
• 電源管理
  • 簡化了電源排序要求
  • 雙電壓I/O支持
  • 集成SDIO LDO，用于處理SD接口的自動電壓轉換
  • 集成電壓監控器，用于對過壓情況進行安全監控
  • 集成電源毛刺脈沖檢測器，用于檢測快速電源瞬態
• 功能安全
  • 針對功能安全標準
• SoC結構
  • 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和以太網接口的主引導
  • 16-nm FinFET技術
• 封裝選項
  • 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?微控制器的工業通信與實時控制解決方案

引言

Texas Instruments的AM243x Sitara?微控制器系列是為工業應用設計的高性能MCU，特別適用于需要實時通信和處理的場景，如電機驅動、遠程I/O模塊和工廠自動化機器人等。本文將從AM243x的關鍵特性、架構設計和典型應用等方面進行深入分析。

AM243x系列概述

AM243x是Sitara工業級產品組合向高性能微控制器的擴展，提供以下核心特性：

?處理器配置?

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

?實時性能優化?

• 緊密耦合內存(TCM)架構
• 可配置的SRAM分區
• 外設專用低延遲數據路徑
• 確定性架構設計，適用于伺服驅動等嚴格控制系統

?功能安全特性?

• 符合IEC 61508標準
• 系統能力達SIL 3，硬件完整性達SIL 2
• 安全啟動支持
• 加密加速引擎(AES/3DES/SHA等)

架構分析

處理器子系統

AM243x采用異構多核架構：

• ?Cortex-R5F集群?：支持雙核和單核操作模式，每個核心具有32KB I-cache和32KB D-cache
• ?Cortex-M4F核心?：256KB SRAM，支持功能安全隔離
• ?PRU_ICSSG?：可編程實時單元，支持多種工業協議

內存系統

• 片上RAM：高達2MB OCSRAM，支持SECDED ECC
• DDR子系統：支持LPDDR4/DDR4，16位數據總線+內聯ECC
• 靈活的內存分配機制，可分區給不同核心使用

工業通信能力

• 2個千兆工業通信子系統(PRU_ICSSG)
• 支持協議：Profinet IRT/RT、EtherNet/IP、EtherCAT、TSN等
• 內置協議棧支持：EtherCAT目標、PROFINET設備、EtherNet/IP適配器等

關鍵外設接口

?工業控制接口?

• 9個增強型PWM模塊
• 3個增強型捕獲模塊
• 3個增強型正交編碼器接口
• 2個支持CAN-FD的MCAN模塊

?高速接口?

• 集成以太網交換機(2個外部端口)
• PCIe Gen2控制器
• USB 3.1雙角色設備
• 串行器/解串器(SERDES)接口

?數據存儲?

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

典型應用場景

1. ? 可編程邏輯控制器(PLC) ?
   • 多協議工業通信支持
   • 實時控制能力
   • 功能安全認證
2. ?電機驅動系統?
   • 高精度PWM控制
   • 編碼器接口
   • 實時性能優化
3. ?工業機器人?
   • 確定性實時響應
   • 多種工業以太網支持
   • 安全功能集成
4. ?狀態監測網關?
   • 數據處理能力
   • 多種通信接口
   • 低延遲特性

開發支持

TI為AM243x提供全面的開發支持：

• AM243x評估模塊(TMDSAM243)
• AM243x LaunchPad開發套件(LPAM243x)
• 工業通信協議棧
• 功能安全文檔和認證支持

結語

AM243x Sitara微控制器通過其強大的多核架構、豐富的工業通信支持和功能安全特性，為工業自動化應用提供了高性能的解決方案。其靈活的配置和全面的開發支持使其成為工業控制系統設計的理想選擇。