OPTIGA? TPM SLB 9673 RaspberryPi?評估板：I2C TPM HAT的深度解析

在當今的電子設計領域，安全芯片的應用越來越廣泛，尤其是在物聯網（IoT）和嵌入式系統中。英飛凌的OPTIGA? TPM SLB 9673系列產品就是其中的佼佼者。今天，我們就來詳細探討一下基于該芯片的RaspberryPi?評估板——I2C TPM HAT。

文件下載：Infineon Technologies OPTIGA? TPM SLB 9673 Raspberry Pi評估板.pdf

一、評估板概述

1.1 硬件組成

這塊評估板的核心是采用PG - UQFN - 32 - 1, - 2封裝的OPTIGA? TPM SLB 9673 FW 26.xx可信平臺模塊（TPM），板卡版本為3.2。該TPM的功能和引腳定義完全符合TCG PC Client Platform TPM Profile Specification for TPM 2.0（TCG, 2020）標準。

1.2 主要特性

• 芯片特性：采用OPTIGA? TPM SLB 9673 FW 26.xx TPM，具備增強的安全特性，適用于物聯網應用。
• 封裝形式：PG - UQFN - 32 - 1, - 2封裝，體積小巧，便于集成。
• 通信接口：支持I2C接口，方便與主機進行通信。
• 兼容性：完全符合RaspberryPi? HAT規范，可自動加載必要的設備樹覆蓋層，并且其40針堆疊式接頭與RaspberryPi? 2、3、4、Zero和Zero2兼容。
• 電源供應：支持3.3 V或1.8 V電源供應，靈活性高。
• 復位功能：配備復位按鈕，同時支持通過評估板按鈕或RaspberryPi? GPIO進行復位操作。

1.3 適用范圍與目的

OPTIGA? TPM SLB 9673 FW 26.xx通過I2C接口與主機通信，該系列有兩款不同的產品：

• OPTIGA? TPM SLB 9673 FW26，適用于物聯網的增強安全特性TPM，OPN為SLB9673XU20FW2610XTMA1。
• OPTIGA? TPM SLB 9673 FW16，適用于物聯網的增強安全特性TPM，具備更寬的溫度范圍，OPN為SLB9673AU20FW2610XTMA1。

這兩款產品均為完全符合TCG標準的TPM產品，獲得了CC（EAL4 +）認證和額外的FIPS認證，只是在支持的溫度范圍和可靠性方面有所差異，以滿足不同目標應用的需求。

二、原理圖、布局與尺寸

2.1 原理圖

評估板的原理圖展示了各個組件之間的連接關系，對于理解評估板的工作原理至關重要。通過原理圖，我們可以清晰地看到TPM芯片與其他電路元件的連接方式，以及信號的傳輸路徑。

2.2 組件布局與板卡布局

• 組件放置：從組件放置的頂視圖中，我們可以看到各個組件的具體位置，這有助于我們在進行硬件設計時合理安排空間，避免信號干擾。
• 布局頂視圖：頂視圖展示了評估板正面的布局情況，包括元件的分布和走線的規劃。
• 布局底視圖：底視圖則呈現了評估板背面的布局信息，對于多層板設計來說，背面的布局同樣重要。

2.3 板卡尺寸

評估板的尺寸嚴格遵循RaspberryPi? HAT規范，具體尺寸可參考相關文檔（https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/hat - board - mechanical.pdf ）。合適的尺寸確保了評估板能夠與RaspberryPi?完美適配。

三、評估板復位輸入

評估板為SLB9673 TPM芯片提供了兩種復位源：

3.1 物理用戶按鈕S1

按下物理用戶按鈕S1，TPM將立即復位，并且該復位操作遵循數據手冊中規定的復位時序。這為我們在調試過程中提供了一種便捷的復位方式。

3.2 通過RaspberryPi? GPIO復位

RaspberryPi?板本身也可以作為SLB9673的額外復位源。通過在JP1上使用跳線來啟用該功能，復位信號將從RaspberryPi?接頭的7號引腳（對應GPIO4）輸入。具體的復位輸入配置如下表所示：

四、板卡訂購信息

如果您需要訂購該評估板，可以參考以下信息：

五、樹莓派I2C硬件問題及解決方案

樹莓派SoC上的I2C硬件外設存在兩個問題，可能會影響與TPM芯片的通信：

5.1 I2C時鐘穩定性問題

樹莓派I2C硬件外設的CLK頻率不穩定，因為它與CPU頻率內部硬連接。當樹莓派進入節能模式并降低CPU時鐘頻率時，I2C時鐘頻率也會按相同比例下降。

解決方案：

• 配置固定的CPU時鐘頻率。
• 使用軟I2C實現替代硬件外設。

5.2 時鐘拉伸問題

樹莓派的I2C - Master外設有時會忽略I2C時鐘拉伸機制。

解決方案：使用軟I2C。

5.3 建議

在設備樹覆蓋層中選擇軟I2C驅動。需要注意的是，該評估板EEPROM中嵌入的設備樹覆蓋層以及樹莓派操作系統Linux內核的設備樹覆蓋層都使用了軟I2C驅動。

總結

英飛凌的OPTIGA? TPM SLB 9673 RaspberryPi?評估板為我們提供了一個便捷的平臺，用于評估TPM芯片的功能和性能。通過對評估板的硬件、特性、復位方式以及I2C硬件問題的分析，我們可以更好地將其應用到實際的設計中。在使用過程中，我們需要充分考慮樹莓派I2C硬件的問題，并采取相應的解決方案，以確保評估板與TPM芯片之間的穩定通信。大家在實際應用中是否也遇到過類似的硬件問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享您的經驗。