作者：Srik Gurrapu

目前世界人口已經達到了78億，并且還在不斷增加，預計到2050年將達到100億。日益增長的人口既有對衣服，食物等基本必需品的需求，對舒適、安全生活的追求也不斷增長。被廣泛應用于智能制造、智能樓宇和智能電網領域的工業4.0技術以及即將推出的工業5.0創新技術，都是可以滿足上述需求的現代自動化技術。

工業4.0云架構中使用的高性能多核處理引擎可以從數千個邊緣傳感器中收集數據并執行復雜的分析，從而管理工廠運營。隨著端到端自動化的發展，傳感器數量和需要管理的數據也相應地呈指數級增長。一個智能工廠可能擁有超過50，000個傳感器，每天產生幾千萬億字節的數據；即使是普通的辦公大樓也可能產生數百GB的數據。

據國際數據公司（IDC）估計，到2022年，將有40%的數據被存儲、管理、分析并留存在產生位置（也稱為“邊緣”）。云邊緣計算的發展離不開緊湊、精確和互聯的邊緣設備。這些邊緣設備具有三個關鍵要求：實時計算、多協議工業聯網功能以及可現場部署的網絡服務功能。圖 1展示了工業應用中的上述要求。

TI的AM64x系列Sitara?實時聯網處理器直接滿足了這些需求。

圖 1：智能邊緣計算要求

可受益于AM64x系列特性的系統包括，交流伺服電機驅動器、工業可編程邏輯控制器（PLC）、工廠自動化中的運動控制器、物聯網、樓宇自動化中的網關、電網自動化中的數據集中器、高精度數據采集系統、3D攝像頭等等。

交流伺服電機驅動器示例

以現代自動化應用中的一個基本元件為例，如圖2所示的伺服驅動器。伺服驅動器控制數控機床、機器人、傳送帶、倉庫自動化等眾多機器的電機。以AM6442為例，該器件具有四個高性能Arm?Cortex?-R5F內核，運行頻率均高達800MHz，可提供高達每秒6，400個百萬條指令（DMIPS）的運算能力，并支持周期時間低至3μs且抖動超低的高精度電機控制環路。

集成工業通信支持伺服驅動器使用EtherCAT、Profinet和Ethernet/IP等標準與工業PLC或運動控制器進行實時通信，無需其他現場可編程門陣列（FPGA）或專用集成電路（ASIC）。您可使用片上Cortex-A53處理內核運行Linux?等高級操作系統（OS），并提供遠程診斷、故障監測、振動監測和系統可配置性等智能服務，從而實施按需業務策略。

尺寸上集成了多種功能的處理器比多芯片解決方案小50%以上，從而實現了更緊湊的驅動系統。AM64x采用16nm工藝設計，功耗低于1W至2W（具體功耗取決于配置），能夠在緊湊的尺寸下簡化熱設計工作量。

圖2：緊湊、精確、互聯的伺服驅動器

實時計算能力

AM64x系列使用Arm Cortex-R5F處理內核（而非諸如 Cortex-M7之類的其他Arm處理內核），為要求可靠性、高可用性和低延遲實時響應的嵌入式系統提供了多核功能。AM6442和AM6441的四個Cortex-R5F內核可提供高達5，300 DMIPS（實時）的性能。Cortex-R5F包含低延遲中斷技術，可以中斷和重啟較長的多周期指令。

實時多協議工業聯網功能

以太網已成為實際的工業通信標準，取代了工廠、樓宇和電網基礎設施中的串行現場總線。但是標準以太網也具有不確定性，而現代工廠自動化需要確定性操作和時間同步。為解決這種固有的不兼容性而開發的標準需要特殊的FPGA或ASIC，因此增加了系統成本和尺寸。

集成工業連接是AM64x架構的核心。每個器件都具有多個以太網端口以支持工業交換機的實施，例如高達千兆位速度的時間敏感網絡（TSN）以及EtherCAT?、PROFINET?、ETHERNET/IP?等。

AM64x系列還為這些協議集成了完整的軟件棧，因此可以輕松設計出無縫連接到工廠基礎設施的邊緣設備。AM64x協議還支持IO-Link主站，充當從IO-Link到任何工業以太網協議以及電機編碼位置EnDat 2.2和HIPERFACE DSL?的網關。

可現場部署的網絡服務功能

工業4.0中的遠程管理設備（驅動器、傳感器和網關）可以基于系統中運行的預測性維護算法，將警報發送到云或基礎設施。AM64x中的片上Cortex-A53內核可以執行此任務，且不會中斷服務。

此外，您還可以運行高級操作系統（例如Linux）和Web或應用程序服務器來實現不同的業務模型。運行速率為1 GHz的兩個內核都具有足夠的性能，可以處理不斷增加的多種服務，且不會中斷實時計算和網絡流量。Linux還允許在內核版本中不斷添加功能，從而加快應用程序開發。AM64x的主線Linux支持簡化了從一個內核到另一個內核的代碼庫轉換。

AM64x系列具有多個引腳對引腳兼容的器件，如表2所示。您可以先使用功能較少的器件，然后隨著設計需求的發展遷移到性能更高的器件，同時保持相同的印刷電路板設計。

表 2：引腳對引腳兼容的AM64x系列

結束語

TI全新的AM64x系列器件具有實時計算性能、集成的網絡選項以及在小功率范圍內實現可配置網絡服務的能力。AM64x系列包含五款引腳對引腳兼容的器件，可用于設計下一代面向現代自動化應用、緊湊、精確和互聯的邊緣設備。