Texas Instruments基于Arm?的AM64x單核Cortex?-A53 MCU設計用于工業應用。這些應用包括可編程邏輯控制器 (PLC) 和電機驅動器，需要將通信和實時處理與應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內核、多達四個Cortex-R5F MCU和一個Cortex-M4F MCU相結合。

數據手冊：*附件：Texas Instruments 基于ARM?的AM64x單核Cortex?-A53 MCU數據手冊.pdf

AM64x架構旨在通過高性能R5F、可配置SRAM分區、緊密耦合存儲器組以及進出外設的專用低延遲路徑提供實時性能，從而實現進出SoC的快速數據流動。這種確定性架構支持AM64x處理伺服驅動器中的緊密控制環路。同時，FSI、GPMC、PWM、Σ-Δ抽取濾波器和絕對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。

Cortex-A53提供Linux應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內核、引導加載程序和Yocto文件系統。AM64x通過可配置的存儲器分區在Linux應用程序和實時流之間實現隔離，從而幫助將Linux世界與實時世界橋接。Cortex-A53可指定嚴格在Linux的DDR之外運行，內部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和專用外設實現功能安全特性，所有外設均可與SoC的其余部分隔離。AM64x還支持安全啟動。

特性

• 處理器內核
  • 1個雙64位Arm Cortex-A53微處理器子系統，頻率高達1.0GHz
  • 最多2個雙核Arm Cortex-R5F MCU子系統，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
• 工業子系統
  • 2個千兆位工業通信子系統 (PRU_ICSSG)
    • 支持Profinet IRT、Profinet RT、以太網/IP、EtherCAT、時間敏感網絡 (TSN) 等
    • 向后兼容10/100Mb PRU_ICSS
    • 每個PRU_ICSSG包含以下內容：
      • 2個以太網端口
      • 每個PRU_ICSSG有6個PRU RISC內核，每個內核有：
      • 三個數據RAM，帶ECC
      • 八組30 × 32位寄存器暫存存儲器
      • 中斷控制器和任務管理器
      • 兩個64位工業以太網外設 (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
  • 高達2MB片上RAM (OCSRAM)，帶SECDED ECC：
  • DDR子系統 (DDRSS)
  • 1個通用存儲器控制器 (GPMC)
• 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)
• 安全性
  • 安全引導支持
  • 加密加速支持
  • 調試安全
  • 可信執行環境 (TEE) 支持
  • 安全存儲支持
  • 支持動態加密，用于XIP模式下OSPI接口
  • 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
  • 密鑰和安全管理用安全協處理器 (DMSC-L)，具有專用設備級，安全軟件的互連
• 高速接口
  • 1個支持的集成以太網交換機 (CPSW3G)
    • 多達2個以太網端口
    • 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 (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 (USBSS)
• 通用連接性
  • 6個內部集成電路 ( ^I2C^ ) 端口
  • 9個可配置通用異步接收/發射（UART）模塊
  • 1個閃存子系統 (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位模數轉換器 (ADC)
  • 7個多通道串行外設接口 (MCSPI) 控制器
  • 6個快速串行接口接收器 (FSI_RX) 內核
  • 2個快速串行接口發射器 (FSI_TX) 內核
  • 3個通用 I/O (GPIO) 模塊
• 控制接口
  • 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，支持或不支持完整的CAN-FD
• 媒體和數據存儲
  • 2個多媒體卡/安全數字 (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
    • 該器件開發用于功能安全應用
    • 可提供文檔，協助IEC 61508功能安全系統設計
    • 系統能力高達SIL 3
    • 硬件完整性達到SIL 2標準
    • 安全相關認證
    • 計算關鍵型存儲器上的ECC或奇偶校驗
    • 部分內部總線互連上的ECC和奇偶校驗
    • CPU和片上RAM的內置自檢 (BIST)
    • 錯誤信號模塊 (ESM)，帶錯誤引腳
    • 運行時安全診斷、電壓、溫度和時鐘監控、窗口看門狗定時器、CRC引擎（用于內存完整性檢查）
    • 專用MCU域存儲器、接口和M4F內核，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結構
  • 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和以太網接口主啟動
  • 16nm FinFET技術
  • 17.2mm × 17.2mm、0.8mm腳距、441引腳BGA封裝

功能框圖

基于AM64x Sitara?處理器的工業應用解決方案

一、AM64x處理器概述

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

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(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內存(最高1600MT/s)

二、關鍵特性與技術優勢

1. 實時處理架構

AM64x通過高性能R5F核心、緊耦合內存(TCM)和可配置SRAM分區實現了卓越的實時性能。其確定性架構能夠處理伺服驅動中的嚴格控制環路，同時支持多種工業接口：

• 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. 工業通信能力

AM64x提供靈活的工業通信支持，包括完整的協議棧：

• EtherCAT從設備
• PROFINET設備
• EtherNet/IP適配器
• IO-Link主站
• 2個千兆工業通信子系統(PRU_ICSSG)支持TSN協議

3. 功能安全特性

通過集成的Cortex-M4F和專用外設實現功能安全：

• 符合IEC 61508標準(SIL 3系統能力/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. 內存子系統

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

三、典型應用場景

AM64x處理器特別適合以下工業應用：

1. ? 可編程邏輯控制器(PLC) ?：結合A53的Linux處理能力和R5F的實時控制
2. ?電機驅動?：通過PWM、編碼器接口和Sigma-Delta濾波器實現精確控制
3. ?遠程I/O模塊?：利用豐富的工業通信協議支持
4. ?工業機器人?：多軸協同控制與實時響應
5. ?狀態監測網關?：數據采集與邊緣計算能力

四、開發支持與生態系統

德州儀器為AM64x提供全面的軟件開發支持：

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

此外，TI還提供豐富的參考設計，幫助客戶快速開發產品，包括：

• 工業通信協議棧
• 電機控制算法
• 安全啟動實現方案