TDA4APE-Q1 用于具有 AI 和视频协处理功能的 L2 域控制器的汽车片上系统数据手册

TDA4VPE-Q1 TDA4APE-Q1 处理器系列基于进化的 Jacinto™ 7 架构，针对 ADAS 和自动驾驶汽车 （AV） 应用，并建立在 TI 在 ADAS 处理器市场领导地位十多年积累的广泛市场知识之上。TDA4VPE-Q1 TDA4APE-Q1 器件将高性能计算、深度学习引擎、用于信号和图像处理的专用加速器独特地组合在符合功能安全要求的目标架构中，非常适合多种成像、视觉、雷达、传感器融合和 AI 应用，例如：机器人、移动机械、非公路车辆控制器、机器视觉、AI BOX、网关、零售自动化、医学成像、 等等。TDA4VPE-Q1 TDA4APE-Q1 以行业领先的功耗/性能比为传统和深度学习算法提供高性能计算，并具有高水平的系统集成度，为支持集中式 ECU 或独立传感器中的多种传感器模式的先进汽车平台提供可扩展性和更低的成本。关键内核包括具有标量和矢量内核的下一代 DSP、专用深度学习和传统算法加速器、用于通用计算的最新 Arm 和 GPU 处理器、集成的下一代成像子系统 （ISP）、视频编解码器、以太网集线器和隔离的 MCU 岛。所有功能均受到汽车级安全和安保硬件加速器的保护。
*附件：tda4ape-q1.pdf

关键性能核心概述

“C7x”下一代 DSP 将 TI 业界领先的 DSP 和 EVE 内核组合到一个更高性能的内核中，并增加了浮点矢量计算功能，从而在简化软件编程的同时实现对传统代码的向后兼容性。在 125°C 的典型汽车最坏结温下运行时，新型“MMAv2”深度学习加速器的单个实例可在业内最低的功率范围内实现高达 8 TOPS 的性能。 专用的 ADAS/AV 硬件加速器提供视觉预处理以及距离和运动处理，而不会影响系统性能。

通用计算核心和集成概述

Arm Cortex-A72 的独立四核集群配置有助于多作系统应用程序，对软件管理程序的需求最小。四个 Arm® Cortex-R5F® 子系统支持低级时序关键型处理任务，使 Arm® Cortex-A72® 不受应用影响。集成的 IMG BXS-4-64 GPU 提供高达 50GFLOPS 的动态 3D 渲染，以增强观看应用。TI 的第 7 代 ISP 以现有的世界级 ISP 为基础，具有处理更广泛传感器套件的灵活性、对更高位深度的支持以及针对分析应用的功能。集成的诊断和安全功能支持高达 ASIL-D/SIL-3 级别的作，而集成的安全功能可保护数据免受现代攻击。为了实现需要大量数据带宽的系统，包括 PCIe 集线器和千兆以太网交换机以及 CSI-2 端口，以支持许多传感器输入的吞吐量。为了进一步集成，TDA4VPE-Q1 TDA4APE-Q1 系列还包括一个 MCU 岛，无需外部系统微控制器。

特性
处理器内核：

• 多达 3 个 C7x 浮点、矢量 DSP、高达 1.0GHz、240GFLOPS、768GOPS

• 多达 2 个深度学习矩阵乘法加速器 （MMAv2），在 1.0GHz 时高达 16TOPS （8b）

• 最多两个带有图像信号处理器 （ISP） 和多个视觉辅助加速器的视觉处理加速器 （VPAC）

• 深度和运动处理加速器 （DMPAC）

• 四个 Arm Cortex-A72 微处理器子系统，频率高达 2.0GHz

  • 每个四核 Cortex-A72 群集 2MB 共享 L2 缓存
  • 每个 Cortex-A72 内核 32KB L1 DCache 和 48KB L1 ICache

• 8 个 Arm Cortex-R5F MCU，频率高达 1.0GHz

  • 16K I-Cache、16K D-Cache、64K L2 TCM
  • 两个 Arm Cortex-R5F MCU 位于隔离式 MCU 子系统中
  • 通用计算分区中的 6 个 Arm Cortex-R5F MCU

• GPU IMG BXS-4-64,256kB 缓存，高达 800MHz，50GFLOPS，4GTexels/s （TDA4VPE）

• 定制设计的互连结构，支持接近最大的处理权限内存子系统：

• 高达 8MB 的片上 L3 RAM，具有 ECC 和一致性

  • ECC 错误保护
  • 共享一致性缓存
  • 支持内部 DMA 引擎

• 最多两个带 ECC 的外部内存接口 （EMIF） 模块

  • 支持 LPDDR4 内存类型
  • 支持高达 4266MT/s 的速度
  • 多达 2x32-b 总线，具有高达 34GB/s 的内联 ECC

• 通用内存控制器 （GPMC）

• MAIN 域中的 3x512KB 片上 SRAM，受 ECC 保护功能安全：

• 以符合功能安全为目标（在选定的零件编号上）

  • 专为功能安全应用而开发
  • 提供文档，以帮助 ISO 26262 功能安全系统设计达到 ASIL-D/SIL-3 目标
  • 系统功能高达 ASIL-D/SIL-3
  • 针对 MCU 域的硬件完整性高达 ASIL-D/SIL-3
  • 针对主域的硬件完整性高达 ASIL-B/SIL-2
  • 硬件完整性高达 ASIL-D/SIL-3，适用于主域的扩展 MCU （EMCU） 部分
  • 安全相关认证
    • ISO 26262 计划

• 符合 AEC-Q100 标准，适用于第 1 季度结束的零件编号变体设备安全性（在选定的部件号上）：

• 具有安全运行时支持的安全启动

• 客户可编程根密钥，最高 RSA-4K 或 ECC-512

• 嵌入式硬件安全模块

• 加密硬件加速器 – 具有 ECC、AES、SHA、RNG、DES 和 3DES 的 PKA高速串行接口：

• 集成以太网交换机，支持 4 个外部端口

  • 两个端口支持 5Gb、10Gb USXGMII/XFI
  • 所有端口均支持 1Gb、2.5Gb SGMII
  • 所有端口都可以支持 QSGMII。最多可以启用 1 个 QSGMII 并使用所有 4 个内部通道

• 多达 2 个 2L/1 个 4L PCI-Express （PCIe） Gen3 控制器

  • 第 1 代 （2.5GT/s）、第 2 代 （5.0GT/s） 和第 3 代 （8.0GT/s）作，具有自动协商功能

• 一个 USB 3.0 双角色设备 （DRD） 子系统

  • 增强的 SuperSpeed Gen1 端口
  • 支持 Type-C 切换
  • 可独立配置为 USB 主机、USB 外围设备或 USB DRD

• 三个 CSI2.0 4L 摄像机串行接口 RX （CSI-RX） 和两个带 DPHY 的 CSI2.0 4L TX （CSI-TX）

  • 符合 MIPI CSI 1.3 标准 + MIPI-DPHY 1.2
  • CSI-RX 支持 1、2、3 或 4 数据通道模式，每通道高达 2.5Gbps
  • CSI-TX 支持 1、2 或 4 数据通道模式，每通道高达 2.5Gbps

  以太网：

• 两个 RGMII/RMII 接口汽车接口：

• 20 个模块化控制器局域网 （MCAN） 模块，完全支持 CAN-FD显示子系统：

• 两个 DSI 4L TX（高达 2.5k）

• 一个支持多显示器 （MST） 的 eDP/DP 接口

• 一个 DPI音频接口：

• 5 个多通道音频串行端口 （MCASP） 模块视频加速：

• H.264/H.265 编码/解码，高达 960MP/s闪存接口：

• 嵌入式多媒体卡接口 （ eMMC™ 5.1）

• 1 个安全数字 3.0 / 安全数字输入输出 3.0 接口 （SD3.0/SDIO3.0

• 具有两个通道的通用闪存存储 （UFS 2.1） 接口

• 两个独立的闪存接口配置为

  • 一个 OSPI 或 HyperBus™ 或 QSPI 闪存接口，以及
  • 一个 QSPI 闪存接口

  系统级芯片 （SoC） 架构：

• 16nm FinFET 技术

• 27mm × 27mm，间距为 0.8mm，1063 引脚 FCBGA （AND），支持 IPC 3 类 PCB 布线TPS6594-Q1 配套电源管理 IC （PMIC）：

• 功能安全支持高达 ASIL-D

• 灵活的映射以支持不同的用例

参数

方框图

1. 概述

• ‌型号‌：TDA4APE-Q1
• ‌核心性能‌：1.0GHz CPU，支持高达240GFLOPS和768GOPS的计算能力。
• ‌内存接口‌：支持LPDDR4内存，速度可达4266MT/s，具有ECC保护功能。
• ‌功能安全‌：符合功能安全标准，目标ASIL-D/SIL-3。

2. 核心架构

• ‌CPU‌：集成多个核心，包括Arm Cortex-A72四核、Arm Cortex-R5F八核等。
• ‌DSP‌：C7x DSP核心，支持浮点向量计算，兼容传统代码。
• ‌加速器‌：包括MMAv2深度学习加速器、IMG BXS-4-64 GPU等。
• ‌安全特性‌：集成安全岛、安全加速器、安全管理系统等。

3. 内存与存储

• ‌SRAM‌：集成3x512KB ECC保护的SRAM。
• ‌外部存储器‌：支持通过EMIF和GPMC接口连接外部存储器。

4. 接口与通信

• ‌以太网‌：集成多个以太网接口，包括CPSW2G和CPSW9G。
• ‌视频接口‌：支持DisplayPort、HDMI、LVDS等视频输出。
• ‌USB‌：集成USB 2.0接口。
• ‌SPI、I2C、UART‌：提供多个SPI、I2C、UART等串行通信接口。

5. 封装与尺寸

• ‌封装类型‌：FCBGA封装，尺寸为27mm x 27mm。
• ‌引脚数量‌：1063个引脚。

6. 电源管理

• ‌多域电源‌：支持MCU域、MAIN域等多个电源域，具有独立的电源管理。
• ‌低功耗模式‌：支持多种低功耗模式，包括MCU Only、DDR Retention、GPIO Retention等。

7. 安全特性

• ‌密钥存储‌：提供安全的密钥存储功能。
• ‌防火墙‌：集成防火墙，保护内部通信。
• ‌篡改检测‌：支持篡改检测功能，确保系统完整性。

8. 开发支持

• ‌工具链‌：支持Code Composer Studio等开发工具。
• ‌文档‌：提供详细的技术参考手册和应用指南。

9. 应用领域

• ‌汽车电子‌：适用于高级驾驶辅助系统（ADAS）、车载娱乐系统等。
• ‌工业控制‌：可用于工业自动化设备、机器人控制系统等。
• ‌消费电子‌：适用于智能电视、智能音箱等消费电子产品。

TDA4APE-Q1是一款高性能、多功能的汽车级处理器，集成了强大的CPU、DSP和加速器核心，支持多种接口和通信协议，适用于汽车电子、工业控制、消费电子等多个领域。同时，该处理器还具备丰富的安全特性和低功耗管理功能，可满足不同应用场景的需求。