Texas Instruments基于Arm®的AM64x单核Cortex®-A53 MCU设计用于工业应用。这些应用包括可编程逻辑控制器 (PLC) 和电机驱动器，需要将通信和实时处理与应用处理进行独特组合。AM64x将基于Arm的器件的两个示例与支持千兆位TSN的PRU-ICSSG与多达两个Arm Cortex-A53内核、多达四个Cortex-R5F MCU和一个Cortex-M4F MCU相结合。

数据手册：*附件：Texas Instruments 基于ARM®的AM64x单核Cortex®-A53 MCU数据手册.pdf

AM64x架构旨在通过高性能R5F、可配置SRAM分区、紧密耦合存储器组以及进出外设的专用低延迟路径提供实时性能，从而实现进出SoC的快速数据流动。这种确定性架构支持AM64x处理伺服驱动器中的紧密控制环路。同时，FSI、GPMC、PWM、Σ-Δ抽取滤波器和绝对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。

Cortex-A53提供Linux应用程序所需的强大计算元件。Linux和实时 (RT) Linux通过TI的处理器 SDK Linux供电，每年都会更新到最新的长期支持 (LTS) Linux内核、引导加载程序和Yocto文件系统。AM64x通过可配置的存储器分区在Linux应用程序和实时流之间实现隔离，从而帮助将Linux世界与实时世界桥接。Cortex-A53可指定严格在Linux的DDR之外运行，内部SRAM可分为各种尺寸，方便Cortex-R5F一起使用或独立使用。

Texas Instruments AM64x具有灵活的工业通信功能，包括用于EtherCAT SubDevice、EtherNet/IP适配器、PROFINET器件和IO-Link主机的完整协议堆栈。PRU-ICSSG还支持千兆位和基于TSN的协议。此外，PRU-ICSSG还支持SoC中的其他接口，包括绝对编码器接口和Σ-Δ抽取滤波器。

通过集成的Cortex-M4F和专用外设实现功能安全特性，所有外设均可与SoC的其余部分隔离。AM64x还支持安全启动。

特性

• 处理器内核
  • 1个双64位Arm Cortex-A53微处理器子系统，频率高达1.0GHz
  • 最多2个双核Arm Cortex-R5F MCU子系统，频率高达800MHz，集成用于实时处理
  • 1个单核Arm Cortex-M4F MCU，频率高达400MHz
• 工业子系统
  • 2个千兆位工业通信子系统 (PRU_ICSSG)
    • 支持Profinet IRT、Profinet RT、以太网/IP、EtherCAT、时间敏感网络 (TSN) 等
    • 向后兼容10/100Mb PRU_ICSS
    • 每个PRU_ICSSG包含以下内容：
      • 2个以太网端口
      • 每个PRU_ICSSG有6个PRU RISC内核，每个内核有：
      • 三个数据RAM，带ECC
      • 八组30 × 32位寄存器暂存存储器
      • 中断控制器和任务管理器
      • 两个64位工业以太网外设 (IEP)，用于时间戳和其他时间同步功能
      • 18个Σ-Δ滤波器
      • 6个多协议位置编码器接口
      • 1个增强型捕获模块 (ECAP)
      • 16550兼容UART，具有专用192MHz时钟，支持12Mbps PROFIBUS
• 存储器子系统
  • 高达2MB片上RAM (OCSRAM)，带SECDED ECC：
  • DDR子系统 (DDRSS)
  • 1个通用存储器控制器 (GPMC)
• 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)
• 安全性
  • 安全引导支持
  • 加密加速支持
  • 调试安全
  • 可信执行环境 (TEE) 支持
  • 安全存储支持
  • 支持动态加密，用于XIP模式下OSPI接口
  • 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
  • 密钥和安全管理用安全协处理器 (DMSC-L)，具有专用设备级，安全软件的互连
• 高速接口
  • 1个支持的集成以太网交换机 (CPSW3G)
    • 多达2个以太网端口
    • RMII (10/100)
    • RGMII (10/100/1000)
    • IEEE 1588（2008年附件D、附件E、附件F），802.1AS PTP
    • 第45条MDIO PHY管理
    • 能效以太网 (802.3az)
  • 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)
• 通用连接性
  • 6个内部集成电路 ( ^I2C^ ) 端口
  • 9个可配置通用异步接收/发射（UART）模块
  • 1个闪存子系统 (FSS)，可配置为八通道SPI (OSPI) 闪存接口或一个四通道SPI (QSPI)
  • 1个12位模数转换器 (ADC)
  • 7个多通道串行外设接口 (MCSPI) 控制器
  • 6个快速串行接口接收器 (FSI_RX) 内核
  • 2个快速串行接口发射器 (FSI_TX) 内核
  • 3个通用 I/O (GPIO) 模块
• 控制接口
  • 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，支持或不支持完整的CAN-FD
• 媒体和数据存储
  • 2个多媒体卡/安全数字 (MMC/SD/SDIO) 接口
• 电源管理
  • 简化的电源序列
  • 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
    • 该器件开发用于功能安全应用
    • 可提供文档，协助IEC 61508功能安全系统设计
    • 系统能力高达SIL 3
    • 硬件完整性达到SIL 2标准
    • 安全相关认证
    • 计算关键型存储器上的ECC或奇偶校验
    • 部分内部总线互连上的ECC和奇偶校验
    • CPU和片上RAM的内置自检 (BIST)
    • 错误信号模块 (ESM)，带错误引脚
    • 运行时安全诊断、电压、温度和时钟监控、窗口看门狗定时器、CRC引擎（用于内存完整性检查）
    • 专用MCU域存储器、接口和M4F内核，能够与具有无干扰 (FFI) 特性的大型SoC隔离
      • 独立互连
      • 防火墙和超时垫片
      • 专用PLL
      • 专用I/O电源
      • 单独重置
• SoC结构
  • 支持从UART、I2C、OSPI/QSPI闪存、SPI闪存、并行NOR闪存、并行NAND闪存、SD、eMMC、USB、PCIe和以太网接口主启动
  • 16nm FinFET技术
  • 17.2mm × 17.2mm、0.8mm脚距、441引脚BGA封装

功能框图

基于AM64x Sitara™处理器的工业应用解决方案

一、AM64x处理器概述

AM64x是德州仪器(Texas Instruments)推出的Sitara™工业级异构Arm®处理器家族的最新成员，专为工业自动化应用设计。该系列处理器结合了实时处理与通信能力，完美适用于工业控制领域如电机驱动、PLC(可编程逻辑控制器)和工业机器人等应用场景。

AM64x处理器采用16nm FinFET工艺制造，封装为17.2mm×17.2mm的441引脚BGA，具有以下核心特点：

• 支持1个双核64位Arm® Cortex®-A53微处理器子系统(最高1.0GHz)
• 集成多达4个Cortex-R5F MCU(最高800MHz)用于实时处理
• 包含1个Cortex-M4F MCU(最高400MHz)用于安全隔离功能
• 2MB片上共享RAM(OCSRAM)带SECDED ECC保护
• 支持LPDDR4/DDR4内存(最高1600MT/s)

二、关键特性与技术优势

1. 实时处理架构

AM64x通过高性能R5F核心、紧耦合内存(TCM)和可配置SRAM分区实现了卓越的实时性能。其确定性架构能够处理伺服驱动中的严格控制环路，同时支持多种工业接口：

• 9个增强型PWM模块(EPWM)
• 3个增强型捕获模块(ECAP)
• 3个增强型正交编码器脉冲模块(EQEP)
• 18个Sigma-Delta滤波器

2. 工业通信能力

AM64x提供灵活的工业通信支持，包括完整的协议栈：

• EtherCAT从设备
• PROFINET设备
• EtherNet/IP适配器
• IO-Link主站
• 2个千兆工业通信子系统(PRU_ICSSG)支持TSN协议

3. 功能安全特性

通过集成的Cortex-M4F和专用外设实现功能安全：

• 符合IEC 61508标准(SIL 3系统能力/SIL 2硬件完整性)
• 安全启动支持(硬件强制的信任根)
• 加密加速器(AES/SHA/DRBG/PKA)
• 广泛的防火墙和隔离支持

4. 内存子系统

• 2MB片上共享RAM(可分区为8个256KB存储块)
• DDR子系统支持16位LPDDR4/DDR4(最高2GB容量)
• 通用内存控制器(GPMC)支持128MB NOR/NAND闪存

三、典型应用场景

AM64x处理器特别适合以下工业应用：

1. ‌ 可编程逻辑控制器(PLC) ‌：结合A53的Linux处理能力和R5F的实时控制
2. ‌电机驱动‌：通过PWM、编码器接口和Sigma-Delta滤波器实现精确控制
3. ‌远程I/O模块‌：利用丰富的工业通信协议支持
4. ‌工业机器人‌：多轴协同控制与实时响应
5. ‌状态监测网关‌：数据采集与边缘计算能力

四、开发支持与生态系统

德州仪器为AM64x提供全面的软件开发支持：

• Processor SDK Linux：基于最新LTS内核的Linux解决方案
• 实时Linux(RT Linux)支持
• Yocto文件系统
• 年度更新保证

此外，TI还提供丰富的参考设计，帮助客户快速开发产品，包括：

• 工业通信协议栈
• 电机控制算法
• 安全启动实现方案