AM6411技术文档总结

AM64x 是 Sitara™ 工业级异构 Arm® 处理器系列的扩展。AM64x 专为工业应用而构建，例如电机驱动器和可编程逻辑控制器 （PLC），这些应用需要实时处理和与应用程序处理通信的独特组合。AM64x 将 Sitara 器件的千兆位 TSN PRU-ICSSG 的两个实例与多达两个 Arm® Cortex-A53® 内核、多达四个 Cortex-R5F MCU 和一个 Cortex-M4F MCU 相结合。

AM64x 的架构旨在通过高性能 R5F、紧密耦合内存组、可配置的 SRAM 分区以及进出外设的专用低延迟路径来提供实时性能，以实现快速进出 SoC 的数据。这种确定性架构允许 AM64x 处理伺服驱动器中的严格控制环路，而 FSI、GPMC、PWM、Σ Δ 抽取滤波器和绝对编码器接口等外设有助于实现这些系统中的许多不同架构。
*附件：am6411.pdf

Cortex-A53 提供了 Linux 应用程序所需的强大计算元素。Linux 和实时 （RT） Linux 通过 TI 的处理器 SDK Linux 提供，该 SDK Linux 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 通过可配置的内存分区实现 Linux 应用程序和实时流之间的隔离，从而帮助连接 Linux 世界与实时世界。Cortex-A53 可以分配为严格在 Linux 的 DDR 之外工作，并且内部 SRAM 可以分解成各种尺寸，以便 Cortex-R5F 一起使用或独立使用。

AM64x 提供灵活的工业通信功能，包括用于 EtherCAT 子设备、PROFINET 设备、EtherNet/IP 适配器和 IO-Link 主站的完整协议栈。PRU-ICSSG 进一步为基于千兆位和 TSN 的协议提供了功能。此外，PRU-ICSSG 还支持 SoC 中的其他接口，包括 Σ Δ 抽取滤波器和绝对编码器接口。

功能安全功能可以通过集成的 Cortex-M4F 以及专用外设来启用，这些外设都可以与 SoC 的其余部分隔离。AM64x 还支持安全启动。

特性
处理器内核：

• 1× 双 64 位 Arm Cortex-A53 微处理器子系统，频率高达 1.0GHz
  • 双核 Cortex-A53 集群，具有 256KB 二级共享缓存和 SECDED ECC
  • 每个 A53 内核具有 32KB L1 DCache 和带 SECDED ECC 的 32KB L1 ICache 和带奇偶校验保护的 32KB L1 ICache
• 高达 2× 个双核 Arm Cortex-R5F MCU 子系统，频率高达 800MHz，集成用于实时处理
  • 双核Arm Cortex-R5F支持双核和单核模式
  • 每个 R5F 内核 32KB ICache、32KB DCache 和 64KB TCM，所有存储器上总共 256KB TCM，带有 SECDED ECC
• 1× 单核 Arm Cortex-M4F MCU，频率高达 400MHz
  • 256KB SRAM，带 SECDED ECC

工业子系统：

• 2×千兆工业通信子系统（PRU_ICSSG）
  • 支持 Profinet IRT、Profinet RT、EtherNet/IP、EtherCAT、时间敏感网络 （TSN） 等
  • 向后兼容 10/100Mb PRU_ICSS
  • 每个PRU_ICSSG包含：
    • 2×以太网端口
      • MII （10/100）
      • RGMII （10/100/1000）
    • 每个PRU_ICSSG 6 个 PRU RISC 内核，每个内核具有：
      • 带 ECC 的指令 RAM
      • 宽侧 RAM
      • 带可选累加器 （MAC） 的乘法器
      • CRC16/32 硬件加速器
      • 用于大/小端转换的字节交换
      • 用于 UDP 校验和的 SUM32 硬件加速器
      • 用于抢占支持的任务管理器
    • 三个带 ECC 的数据 RAM
    • 8 组 30 × 32 位寄存器暂存器存储器
    • 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× Σ-Δ 滤波器
      • 短路逻辑
      • 过流逻辑
    • 6× 多协议位置编码器接口
    • 一个增强型捕获模块 （ECAP）
    • 兼容 16550 的 UART，具有专用的 192MHz 时钟，支持 12Mbps PROFIBUS

内存子系统：

• 高达 2MB 的片上 RAM （OCSRAM），带 SECDED ECC：
  • 可以以 256KB 的增量划分为较小的存储库，用于多达 8 个独立的存储器组
  • 每个内存组可以分配给单个内核，以方便软件任务分区
• DDR 子系统 （DDRSS）
  • 支持 LPDDR4、DDR4 内存类型
  • 带内联 ECC 的 16 位数据总线
  • 支持高达 1600MT/s 的速度
• 1× 通用内存控制器 （GPMC）
  • 16位并行总线，时钟为133MHz或
  • 具有 100 MHz 时钟的 32 位并行总线
  • 错误定位模块 （ELM） 支持

片上系统 （SoC） 服务：

• 设备管理安全控制器 （DMSC-L）
  • 集中式 SoC 系统控制器
  • 管理系统服务，包括初始启动、安全和时钟/重置/电源管理
  • 通过消息管理器与各种处理单元进行通信
  • 用于优化未使用的外设的简化接口
• 数据移动子系统 （DMSS）
  • 块拷贝 DMA （BCDMA）
  • 数据包 DMA （PKTDMA）
  • 安全代理 （SEC_PROXY）
  • 环形加速器 （RINGACC）

安全：

• 支持安全启动
  • 硬件强制实施的信任根 （RoT）
  • 支持通过备份密钥切换 RoT
  • 支持接管保护、IP 保护和防回滚保护
• 支持可信执行环境 （TEE）
  • 基于 Arm TrustZone 的 TEE
  • 安全看门狗/定时器/IPC
  • 广泛的防火墙支持隔离
  • 安全存储支持
  • 回放保护内存块 （RPMB） 支持
• 用于密钥和安全管理的安全协处理器 （DMSC-L），具有用于安全的专用设备级互连
• 支持加密加速
  • 会话感知加密引擎，能够根据传入数据流自动切换密钥材料
    • 支持加密核心
  • AES – 128/192/256 位密钥大小
  • SHA2 – 224/256/384/512 位密钥大小
  • DRBG 与真随机数生成器
  • PKA（公钥加速器）协助 RSA/ECC 处理以实现安全启动
• 调试安全性
  • 安全的软件控制调试访问
  • 安全感知调试

高速接口：

• 1× 集成以太网交换机（CPSW3G）支持：
  • 多达 2 个以太网端口
    • RMII （10/100）
    • RGMII （10/100/1000）
  • IEEE 1588（2008 年附录 D、附录 E、附录 F）和 802.1AS PTP
  • 第 45 条 MDIO PHY 管理
  • 高能效以太网 （802.3az）
• 1× PCI-Express Gen2 控制器 （PCIE）
  • 支持 Gen2作
  • 支持单通道作
• 1× USB 3.1 双角色设备 （DRD） 子系统 （USBSS）
  • 端口可配置为 USB 主机、USB 设备或 USB 双角色设备
  • USB 设备：高速 （480Mbps） 和全速 （12Mbps）
  • USB 主机：SuperSpeed Gen 1 （5Gbps）、高速 （480Mbps）、全速 （12Mbps） 和低速 （1.5Mbps）

一般连接：

• 6× 集成电路间 （I2C） 端口
• 9×可配置的通用异步接收/发送（UART）模块
• 1× 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× 12位模数转换器（ADC）
  • 高达 4MSPS
  • 8× 多路复用模拟输入
• 7× 多通道串行外设接口 （MCSPI） 控制器
• 6× 快速串行接口接收器 （FSI_RX） 内核
• 2× 快速串行接口发射器 （FSI_TX） 内核
• 3× 通用 I/O （GPIO） 模块

控制接口：

• 9×增强型脉宽调制器（EPWM）模块
• 3×增强型捕获 （ECAP） 模块
• 3×增强型正交编码器脉冲（EQEP）模块
• 2×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× 多媒体卡/安全数字 （MMC/SD/SDIO） 接口
  • 一个用于SD/SDIO的4位;
  • 一个用于 eMMC 的 8 位
  • 集成模拟开关，用于在 3.3V 至 1.8V 之间切换电压，用于高速卡

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，用于对过欠压情况进行安全监控
• 集成电源毛刺检测器，用于检测快速电源瞬变

功能安全：

• 符合功能安全标准
  • 专为功能安全应用而开发
  • 可用于帮助 IEC 61508 功能安全系统设计的文档
  • 系统能力高达 SIL 3
  • 硬件完整性高达 SIL 2
  • 安全相关认证
    • TÜV SÜD 的 IEC 61508 认证
• 功能安全特性
  • ECC 或计算关键存储器上的奇偶校验
  • 选定内部总线互连上的 ECC 和奇偶校验
  • 用于 CPU 和片上 RAM 的内置自检 （BIST）
  • 带错误引脚的错误信号模块 （ESM）
  • 运行时安全诊断、电压、温度和时钟监控、窗口看门狗定时器、用于内存完整性检查的 CRC 引擎
  • 专用 MCU 域存储器、接口和 M4F 内核能够与具有无干扰 （FFI） 功能的大型 SoC 隔离
    • 独立互连
    • 防火墙和超时垫圈
    • 专用 PLL
    • 专用 I/O 电源
    • 单独复位

SoC 架构：

• 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 和以太网接口进行主启动
• 16纳米FinFET技术
• 17.2mm × 17.2mm、0.8mm 间距、441引脚BGA封装

参数

1. 主要特性

• ‌处理器核心‌：
  • 1×双核64位Arm® Cortex®-A53微处理器子系统，最高1.0GHz
  • 2×双核Arm® Cortex®-R5F MCU子系统，最高800MHz
  • 1×单核Arm® Cortex®-M4F MCU，最高400MHz
• ‌工业通信子系统‌：
  • 2×千兆工业通信子系统(PRU_ICSSG)
  • 支持Profinet IRT/RT、EtherNet/IP、EtherCAT、TSN等协议
• ‌内存子系统‌：
  • 高达2MB片上RAM(OCSRAM)
  • 支持LPDDR4/DDR4内存，最高1600MT/s
  • 通用内存控制器(GPMC)
• ‌安全特性‌：
  • 安全启动支持
  • 信任执行环境(TEE)
  • 加密加速器(AES/SHA2/DRBG/PKA)

2. 应用领域

• 可编程逻辑控制器(PLC)
• 电机驱动
• 远程I/O
• 工业机器人
• 状态监测网关

3. 技术规格

• ‌制造工艺‌：16nm FinFET
• ‌封装‌：441引脚BGA，17.2mm×17.2mm
• ‌工作温度‌：-40°C至105°C(扩展工业级)
• ‌电源管理‌：
  • 核心电压：0.75V/0.85V
  • I/O电压：1.8V/3.3V
  • DDR接口电压：1.1V/1.2V

4. 外设接口

• ‌高速接口‌：
  • 集成以太网交换机(CPSW3G)
  • PCIe Gen2控制器
  • USB 3.1双角色设备
• ‌通用连接‌：
  • 6×I2C端口
  • 9×UART模块
  • 7×SPI控制器
  • 2×MMC/SD接口

5. 功能安全

• IEC 61508 SIL 3系统能力/SIL 2硬件完整性
• 内置自检(BIST)和错误检测模块
• 电压/温度/时钟监控

6. 开发支持

• TI提供的Processor SDK Linux
• 实时Linux支持
• 工业通信协议栈(EtherCAT、PROFINET等)

该文档详细介绍了AM64x系列处理器的架构、特性、引脚配置和电气规格，适用于工业自动化应用的开发设计。