FRDM - IMX93開發板深度解析：從硬件到應用的全方位指南

引言

在嵌入式開發領域，一款性能出色且成本合理的開發板對于開發者來說至關重要。NXP的FRDM - IMX93開發板就是這樣一款產品，它為開發者提供了一個低功耗、高性能的平臺，能夠快速驗證和開發基于i.MX 93應用處理器的項目。本文將從硬件概述、功能描述、配件使用等多個方面對FRDM - IMX93開發板進行詳細解析，希望能為電子工程師們的設計工作提供有價值的參考。

文件下載：NXP Semiconductors FRDM-IMX93 開發板.pdf

一、FRDM - IMX93開發板概述

1.1 整體定位

FRDM - IMX93開發板是一款低成本的入門級開發平臺，旨在以小巧且經濟的封裝展示i.MX 93應用處理器的常用功能。它能幫助開發者在投入大量資源進行特定設計之前，先熟悉該處理器的特性。

1.2 硬件框圖

FRDM - IMX93 block diagram 這個硬件框圖直觀地展示了開發板各個部分的連接關系，為我們理解其整體架構提供了基礎。

1.3 開發板特性

特性	相關處理器特性	描述
應用處理器		i.MX 93應用處理器采用雙Arm Cortex - A55 + Arm Cortex - M33核心，最高主頻達1.7 GHz，還配備0.5 TOPS的神經處理單元（NPU）。
USB 接口	USB 2.0高速主機和設備控制器	有1個USB 2.0 Type C連接器和1個USB 2.0 Type A連接器。
DRAM內存	DRAM控制器和PHY	配備2GB LPDDR4X（Micron MT53E1G16D1FW - 046 AAT:A）。
大容量存儲	uSDHC	有32GB eMMC5.1（FEMDRM032G - A3A55）和MicroSD卡連接器（支持SD3.0）。
啟動配置		默認從eMMC設備單啟動，也支持SD卡啟動。
攝像頭接口	MIPI CSI	有一個CSI（x2數據通道）接口，通過FPC電纜連接器（P6）連接。
顯示接口
MIPI DSI	x4數據通道MIPI DSI接口，通過FPC電纜連接器（P7）連接。
HDMI	通過x4數據通道LVDS到HDMI轉換器芯片（IT6263）連接到HDMI連接器P5。
以太網接口	兩個ENET控制器	有兩個支持10/100/1000 Mbits的RGMII以太網接口，分別通過RJ45連接器（P3、P4）連接外部PHY（YT8521），其中P3支持TSN。
I/O擴展器	CAN、I2C/I3C、模數轉換器（ADC）	10針2x5 2.54 mm連接器P12提供高速CAN收發器連接、I2C/I3C擴展和雙通道ADC支持。
板載Wi - Fi	SDIO、UART、SPI、SAI	板載Wi - Fi 6/藍牙5.4模塊。
Wi - Fi/藍牙接口	USB、SDIO、SAI、UART、I2C和GPIO	一個M.2/NGFF Key E迷你卡75針連接器P8，支持多種接口，但使用時需重新焊接電阻。
音頻	MQS	支持MQS。
調試接口		USB轉UART設備（CH342F），通過一個USB 2.0 Type - C連接器（P16）提供兩個COM端口，分別用于Cortex A55和Cortex M33系統調試，還有串行線調試（SWD）接口P14。
擴展端口		一個40針雙排針連接器，用于I2S、UART、I2C和GPIO擴展。
電源		一個USB 2.0 Type - C連接器用于供電，采用PCA9451AHNY PMIC和離散DCDC/LDO。
PCB		尺寸為105 mm x 65 mm，10層板。

1.4 開發板外觀及接口

開發板提供了多個角度的圖片，包括頂面視圖、頂面連接器、板載開關按鈕和LED、底面視圖等，方便我們直觀地了解其物理布局。同時，文檔還詳細介紹了各個連接器、按鈕、DIP開關和LED的功能和位置。

連接器：不同類型的連接器分布在開發板的不同位置，如USB 2.0 Type C、RJ45、HDMI等，每個連接器都有其特定的功能和連接方式。
按鈕：K2和K3為用戶按鈕，可用于自定義用例。
DIP開關：有4位（SW1）、2位（SW3）和1位（SW4）DIP開關，用于控制啟動模式、CAN接口信號和CAN分割終端RC濾波器等。
LED：有PWR LED（紅色，指示3.3 V電源狀態）、RGB LED（可通過用戶應用控制）、LED GREEN（綠色，指示WLAN狀態）和LED ORANGE（橙色，指示藍牙狀態）。

二、FRDM - IMX93功能描述

2.1 處理器

i.MX 93應用處理器具有強大的性能，其雙Arm Cortex - A55 + Arm Cortex - M33核心架構以及NPU的加入，使其在智能物聯網、多媒體等領域具有很大的應用潛力。它還提供了多種內存和外設接口，方便連接各種設備。

2.2 電源供應

開發板的主要電源通過USB Type - C PD連接器（P1）輸入VBUS_IN（12 V - 20 V）。使用了四個DC降壓開關穩壓器，為不同的模塊提供合適的電源。	型號	電源轉換	輸出規格
MP8759GD（U702）	VBUS_IN到SYS_5V（5 V）		PCA9451AHNY PMIC和其他離散設備
MP1605C（U723）	VDD_5V到DSI&CAM_3V3（3.3 V / 2 A）		MIPI CSI和MIPI DSI接口
MP2147GD（U726）	VDD_5V到VPCIe_3V3（3.3 V / 4 A）		M.2/NGFF模塊、WLAN和藍牙狀態指示燈、板載Wi - Fi模塊
MP1605C（U730）	VPCIe_3V3到VEXT_1V8（1.8 V / 500 mA）		板載Wi - Fi模塊
PCA9451AHNY（U701）	多個輸出	不同電壓和電流規格	CPU DRAM PHY、SoC邏輯和Arm核心、各種外設等

2.3 時鐘

開發板提供了多種時鐘信號，以滿足不同模塊的工作需求。	時鐘源	時鐘信號	頻率
Y401	XTALI 24M	24 MHz	目標處理器
QZ401	XTALI_32K、XTALO_32K	32.768 kHz	目標處理器的NVCC_BBSM塊
QZ701	XIN32K、XOUT32K	32.768 kHz	PCA9451AHNY PMIC
Y402	PHY1_XTAL_I、PHY1_XTAL_O	25 MHz	以太網RMII PHY1
Y403	PHY2XTAL、PHY2_XTAL_O	25 MHz	以太網RMII PHY2
Y404	HDMI XTALIN、HDMI_XTALOUT	27 MHz	板載LVDS到HDMI轉換器模塊IT6263

2.4 I2C接口

i.MX 93處理器支持低功耗的I2C模塊，開發板上有一個10針2x5 2.54 mm連接器P12用于支持I2C、CAN和ADC連接。同時，文檔還列出了開發板上各個I2C設備及其地址。	器件	I2C地址（7位）	端口	速度	電壓
IT6263（U719）	0x4C	MX - I2C1	1 MHz Fm +	3.3 V	LVDS到HDMI轉換器
PCAL6408AHK（U748）	0x20	MX - I2C1	1 MHz Fm +	3.3 V	I/O擴展器
PCA9451AHNY（U701）	0x25	MX - I2C2	1 MHz Fm +	3.3 V	PMIC
PCAL6524HEAZ（U725）	0x22	MX - I2C2	1 MHz Fm +	3.3 V	I/O擴展器
AT24C256D（U10）	0x50	MX - I2C2	1 MHz Fm +	3.3 V	EEPROM
PTN5110NHQZ（U705）	0x52	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	USB Type - C Power Delivery PHY
PTN5110NHQZ（U712）	0x50	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	USB Type - C Power Delivery PHY
NX20P3483UK（U710）	0x71	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	USB負載開關
PCF2131（U740）	0x53	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	外部RTC

2.5 啟動模式和啟動設備配置

i.MX 93處理器提供多種啟動配置，可以通過開發板上的SW1開關或處理器內部eFUSE中的啟動配置來選擇。默認啟動模式是從eMMC設備啟動，也可以選擇從SD卡或通過USB進行串行下載。	SW1 [3:0]	BOOT_MODE[3:0]	啟動核心
0001	0001	Cortex - A	串行下載器（USB）
0010	0010		uSDHC1（8位eMMC 5.1）
0011	0011		uSDHC2（4位SD3.0）

2.6 PDM接口

處理器的脈沖密度調制（PDM）麥克風接口支持PDM/MQS，連接到3.5 mm音頻插孔P15。

2.7 LPDDR4x DRAM內存

開發板配備1個1 Gig × 16（1通道 × 16 I/O × 1排名）的LPDDR4X SDRAM芯片，共2GB RAM。同時，還介紹了從LPDDR4X遷移到LPDDR4的兩種方法，一種需要硬件重新焊接，另一種可以通過軟件配置PMIC來實現。

2.8 SD卡接口

目標處理器有三個uSDHC模塊，i.MX 93處理器的uSDHC2接口連接到開發板上的MicroSD卡插槽P13，支持4位SD3.0 MicroSD卡。

2.9 eMMC內存

eMMC內存連接到i.MX 93處理器的uSDHC1接口，支持eMMC 5.1設備，是開發板的默認啟動設備。

2.10 M.2連接器和Wi - Fi/藍牙模塊

開發板支持M.2/NGFF Key E迷你卡75針連接器P8，默認情況下信號連接到板載Wi - Fi模塊。若要使用該M.2插槽，需要重新焊接一些電阻。同時，文檔還給出了M.2迷你卡連接器的引腳定義。

2.11 三無線電模塊接口

開發板上的三無線電（Wi - Fi 6、藍牙5.4和802.15.4）模塊與目標處理器的SD2、UART5、SAI1和SPI3控制器接口。該模塊的兩個天線引腳連接到U.FL連接器P9和P10（默認未安裝），并且與M.2連接器共享一些接口線，通過零歐姆電阻進行信號選擇。

2.12 CAN接口

i.MX 93處理器支持CAN模塊，開發板上其中一個控制器連接到高速CAN收發器TJA1051T/3，通過10針2x5 2.54 mm連接器P12連接到物理CAN總線。CAN_TXD和CAN_RXD信號復用在GPIO_IO25和GPIO_IO27上，通過2位DIP開關SW3控制，還可以通過SW4控制CAN分割終端RC濾波器。

2.13 USB接口

i.MX 93應用處理器有兩個USB 2.0控制器，開發板上一個用于USB2.0 Type - C端口（P2），另一個用于USB2.0 Type - A端口（P17）。此外，還有一個USB Type - C PD連接器（P1）用于供電，一個USB Type - C連接器（P16）用于系統調試。

2.14 攝像頭接口

i.MX 93處理器的MIPI CSI - 2接收器支持最多2個數據通道，MIPI CSI - 2信號連接到FPC連接器P6，可連接相機模塊。

2.15 MIPI DSI

i.MX 93處理器支持MIPI顯示串行接口（DSI），最多支持四個通道，分辨率可達1080p60或1920x1200p60。MIPI DSI信號連接到FPC連接器P7。

2.16 HDMI接口

i.MX 93處理器支持四數據通道LVDS TX顯示，信號通過LVDS到HDMI轉換器IT6263連接到HDMI連接器P5。

2.17 以太網

i.MX 93處理器支持兩個千兆以太網控制器，開發板通過Motorcomm YT8521SH - CA以太網收發器（U713、U716）連接到RJ45連接器（P3、P4），支持RGMII。每個以太網端口有唯一的MAC地址，并且在開發板上有清晰的標識。

2.18 擴展連接器

開發板上有一個40針雙排針連接器P11，用于支持I2S、UART、I2C和GPIO連接，可以用于訪問各種引腳或插入附件卡。

2.19 調試接口

開發板有兩個獨立的調試接口：

SWD接口：i.MX 93處理器的兩個SWD信號連接到標準3針2.54 mm連接器P14。
USB調試接口：使用CH342F芯片將USB轉換為雙UART，通過USB Type - C連接器P16進行系統調試。安裝驅動后，PC會枚舉兩個COM端口，分別用于Cortex - A55和Cortex - M33系統調試。

2.20 開發板勘誤

文檔中說明開發板目前沒有勘誤信息，這對于開發者來說是一個好消息，說明開發板的設計相對穩定。

三、與配件配合使用

3.1 7英寸Waveshare LCD

MIPI DSI接口連接：在LCD端和開發板端分別按照特定的FPC電纜方向插入FPC電纜。
I2C連接：按照文檔中的連接圖進行I2C信號線的連接。
軟件配置更新：在U - Boot階段使用特定命令替換默認的dtb文件，以支持Waveshare LCD。
3.2 5英寸

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引言

一、FRDM - IMX93開發板概述

1.1 整體定位

1.2 硬件框圖

1.3 開發板特性

1.4 開發板外觀及接口

二、FRDM - IMX93功能描述

2.1 處理器

2.2 電源供應

2.3 時鐘

2.4 I2C接口

2.5 啟動模式和啟動設備配置

2.6 PDM接口

2.7 LPDDR4x DRAM內存

2.8 SD卡接口

2.9 eMMC內存

2.10 M.2連接器和Wi - Fi/藍牙模塊

2.11 三無線電模塊接口

2.12 CAN接口

2.13 USB接口

2.14 攝像頭接口

2.15 MIPI DSI

2.16 HDMI接口

2.17 以太網

2.18 擴展連接器

2.19 調試接口

2.20 開發板勘誤

三、與配件配合使用

3.1 7英寸Waveshare LCD

3.2 5英寸

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