Texas Instruments基于Arm®的AM243x双核Cortex® MCU设计用于需要将处理和实时通信相结合的工业应用，如远程I/O模块和电机驱动器。AM243x系列提供可扩展的性能，具有多达四个Cortex-R5F MCU、一个Cortex-M4F和两个支持Arm的千兆位TSN的PRU _ ICSSG实例。

数据手册：*附件：Texas Instruments 基于Arm®的AM243x双核Cortex® MCU数据手册.pdf

Texas Instruments AM243x SoC架构设计用于通过高性能Arm Cortex-R5F内核提供实时性能。这些器件包括紧密耦合的存储器组、可配置的SRAM分区以及进出外设的专用低延迟路径。这些特性结合在一起，可实现SoC数据流动的快速进出。这种确定性架构支持AM243x处理伺服驱动器中的紧密控制环路。同时，FSI、eCAP、GPMC、PWM和编码器接口等外设有助于在这些系统中实现多种不同架构。

该SoC具有灵活的工业通信功能，包括用于EtherCAT目标、IO-Link控制器、PROFINET器件和EtherNet/IP适配器的完整协议堆栈。PRU_ICSSG还支持千兆位和基于TSN的协议。此外，PRU_ICSSG还支持额外接口，包括UART接口、绝对编码器接口和Σ-Δ抽取滤波器。功能安全特性可以通过集成的Cortex-M4F和专用外设实现，并且都可以与SoC的其他部分隔离。AM243x还支持安全启动。

特性

• 处理器内核
  • 最多2个双核Arm Cortex-R5F MCU子系统，频率高达800MHz，高度集成用于实时处理
  • 1个单核Arm Cortex-M4F MCU，频率高达400MHz
• 存储器子系统
  • 高达2MB片上RAM (OCSRAM)，带SECDED ECC
  • DDR子系统 (DDRSS)
• 片上系统 (SoC) 服务
  • 设备管理安全控制器 (DMSC-L)
  • 数据移动子系统 (DMSS)
  • 时间同步子系统
• 工业子系统
  • 2个千兆位工业通信子系统 (PRU_ICSSG)
• 安全引导支持
• 安全性
  • 支持加密加速
  • 调试安全
  • 安全存储支持
  • 支持动态加密 (OTFE)，用于XIP模式下OSPI
  • 通过基于数据包的硬件加密引擎为数据 (有效载荷) 加密/身份验证提供网络安全支持
  • DMSC-L协处理器，用于安全和密钥管理，具有专用设备级互连
• 通用连接外设
  • 6个内部集成电路 (I^2^C) 端口
  • 9个可配置通用异步接收/发射 (UART) 模块
  • 1个12位模数转换器 (ADC)
  • 7个多通道串行外设接口 (SPI) 控制器
  • 3个通用 I/O (GPIO) 模块
  • 9个增强型脉宽调制器 (EPWM) 模块
  • 3个增强型捕获 (ECAP) 模块
  • 3个增强型正交编码器脉冲 (EQEP) 模块
  • 2个模块化控制器局域网 (MCAN) 模块，支持完整的CAN-FD
  • 2个快速串行接口发射器 (FSITX) 内核
  • 6个快速串行接口接收器 (FSIRX) 内核
• 高速接口
  • 1个集成以太网交换机，支持多达2个外部端口 (CPSW3G)
  • 1个PCI-Express Gen2控制器 (PCI-E)
  • 1个USB 3.1双角色器件 (DRD) 子系统 (USBSS)
  • 1个串行器/解串器 (SERDES)
• 媒体和数据存储
  • 2个多媒体卡/安全数字 (MCDC) 接口
  • 1个通用存储器控制器 (GPMC)
  • 1个闪存子系统 (FSS)，可配置为一个八通道SPI (OSPI) 或一个四通道SPI (QSPI) 闪存接口
• 电源管理
  • 简化了电源排序要求
  • 双电压I/O支持
  • 集成SDIO LDO，用于处理SD接口的自动电压转换
  • 集成电压监控器，用于对过压情况进行安全监控
  • 集成电源毛刺脉冲检测器，用于检测快速电源瞬态
• 功能安全
  • 针对功能安全标准
• SoC结构
  • 支持从UART、I^2^C、OSPI/QSPI闪存、SPI闪存、并行NOR闪存、并行NAND闪存、SD、eMMC、USB 2.0、PCIe和以太网接口的主引导
  • 16-nm FinFET技术
• 封装选项
  • ALV：17.2mm × 17.2mm，0.8mm脚距（441引脚）FCBGA [Lidded] 倒装芯片球栅阵列ALV封装

功能框图

基于AM243x Sitara™微控制器的工业通信与实时控制解决方案

引言

Texas Instruments的AM243x Sitara™微控制器系列是为工业应用设计的高性能MCU，特别适用于需要实时通信和处理的场景，如电机驱动、远程I/O模块和工厂自动化机器人等。本文将从AM243x的关键特性、架构设计和典型应用等方面进行深入分析。

AM243x系列概述

AM243x是Sitara工业级产品组合向高性能微控制器的扩展，提供以下核心特性：

‌处理器配置‌

• 多达4个Arm Cortex-R5F MCU子系统，最高800MHz
• 1个Arm Cortex-M4F MCU，最高400MHz
• 2个支持千兆TSN的PRU_ICSSG子系统

‌实时性能优化‌

• 紧密耦合内存(TCM)架构
• 可配置的SRAM分区
• 外设专用低延迟数据路径
• 确定性架构设计，适用于伺服驱动等严格控制系统

‌功能安全特性‌

• 符合IEC 61508标准
• 系统能力达SIL 3，硬件完整性达SIL 2
• 安全启动支持
• 加密加速引擎(AES/3DES/SHA等)

架构分析

处理器子系统

AM243x采用异构多核架构：

• ‌Cortex-R5F集群‌：支持双核和单核操作模式，每个核心具有32KB I-cache和32KB D-cache
• ‌Cortex-M4F核心‌：256KB SRAM，支持功能安全隔离
• ‌PRU_ICSSG‌：可编程实时单元，支持多种工业协议

内存系统

• 片上RAM：高达2MB OCSRAM，支持SECDED ECC
• DDR子系统：支持LPDDR4/DDR4，16位数据总线+内联ECC
• 灵活的内存分配机制，可分区给不同核心使用

工业通信能力

• 2个千兆工业通信子系统(PRU_ICSSG)
• 支持协议：Profinet IRT/RT、EtherNet/IP、EtherCAT、TSN等
• 内置协议栈支持：EtherCAT目标、PROFINET设备、EtherNet/IP适配器等

关键外设接口

‌工业控制接口‌

• 9个增强型PWM模块
• 3个增强型捕获模块
• 3个增强型正交编码器接口
• 2个支持CAN-FD的MCAN模块

‌高速接口‌

• 集成以太网交换机(2个外部端口)
• PCIe Gen2控制器
• USB 3.1双角色设备
• 串行器/解串器(SERDES)接口

‌数据存储‌

• 2个MMC/SD接口(8位eMMC和4位SDIO)
• OSPI/QSPI闪存接口
• 通用内存控制器(GPMC)

典型应用场景

1. ‌ 可编程逻辑控制器(PLC) ‌
   • 多协议工业通信支持
   • 实时控制能力
   • 功能安全认证
2. ‌电机驱动系统‌
   • 高精度PWM控制
   • 编码器接口
   • 实时性能优化
3. ‌工业机器人‌
   • 确定性实时响应
   • 多种工业以太网支持
   • 安全功能集成
4. ‌状态监测网关‌
   • 数据处理能力
   • 多种通信接口
   • 低延迟特性

开发支持

TI为AM243x提供全面的开发支持：

• AM243x评估模块(TMDSAM243)
• AM243x LaunchPad开发套件(LPAM243x)
• 工业通信协议栈
• 功能安全文档和认证支持

结语

AM243x Sitara微控制器通过其强大的多核架构、丰富的工业通信支持和功能安全特性，为工业自动化应用提供了高性能的解决方案。其灵活的配置和全面的开发支持使其成为工业控制系统设计的理想选择。