‌AM243x Sitara™ 微控制器技术文档总结

AM243x 是 Sitara 工业级产品组合向高性能微控制器的扩展。AM243x 器件专为工业应用而构建，例如电机驱动器和远程 I/O 模块，这些应用需要实时通信和处理的结合。AM243x 系列通过多达四个 Cortex-R5F MCU、一个 Cortex-M4F 和两个支持 Sitara 的千兆位 TSN PRU_ICSSG实例提供可扩展的性能。

AM243x SoC 架构旨在通过高性能 Arm Cortex-R5F 内核、紧耦合内存 （TCM） 组、可配置的 SRAM 分区以及进出外设的专用低延迟路径提供一流的实时性能，以实现快速数据进出 SoC。这种确定性架构允许 AM243x 处理伺服驱动器中的严格控制环路，而 FSI、GPMC、ECAP、PPM 和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：am2432.pdf

该 SoC 提供灵活的工业通信功能，包括用于 EtherCAT 目标、PROFINET 设备、EtherNet/IP 适配器和 IO-Link 控制器的完整协议栈。该PRU_ICSSG进一步为基于千兆位和 TSN 的协议提供了功能。此外，该PRU_ICSSG还支持其他接口，包括UART接口、Σδ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。AM243x 还支持安全启动。

特性

• 多达 2× 双核 Arm Cortex-R5F MCU 子系统，运行频率高达 800MHz，高度集成，可实现实时处理
  • 双核Arm Cortex-R5F集群支持双核和单核运行
  • 每个 R5F 内核 32KB I 缓存和 32KB D 缓存，所有内存上都有 SECDED ECC
  • 单核：每个集群 128KB TCM（每个 R5F 核心 128KB TCM）
  • 双核：每个集群 128KB TCM（每个 R5F 核心 64KB TCM）
• 1× 单核 Arm Cortex-M4F MCU，频率高达 400MHz
  • 256KB SRAM，带 SECDED ECC
• 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 1600 MT/s 的速度
• 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
  • 通过JTAG和Trace接口的片上调试功能）
• 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）
• 时间同步子系统
  • 中央平台时间同步 （CPTS） 模块
  • 定时器管理器 （TIMERMANAGER），带 1024 个定时器
  • 时间同步和比较事件中断路由器
• 2×千兆工业通信子系统（PRU_ICSSG）
  • 可选支持 Profinet IRT、Profinet RT、EtherNet/IP、EtherCAT、时间敏感网络 （TSN） 和其他网络协议
  • 向后兼容 10/100Mb PRU-ICSS
  • 每个PRU_ICSSG包含：
    • 每片 3× PRU RISC 内核（每PRU_ICSSG 2× 片）
      • PRU 通用核心 （PRU）
      • PRU 实时单元内核 （PRU-RTU）
      • PRU 发射核心 （PRU-TX）
    • 每个 PRU 内核支持以下功能：
      • 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
    • 多达 2× 以太网端口
      • RGMII （10/100/1000）
      • MII （10/100）
    • 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
    • 2× 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 滤波器模块 （SDFM） 接口
      • 短路逻辑
      • 过流逻辑
    • 6× 多协议位置编码器接口
    • 1× 增强型捕获模块 （ECAP）
    • 兼容 16550 的 UART
      • 专用 192MHz 时钟，支持 12Mbps PROFIBUS
• 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
  • 3DES – 56/112/168 位密钥大小
  • MD5、SHA1
  • 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
• DMA 支持
  • 调试安全性
• 广泛的防火墙支持隔离
• 安全看门狗/定时器/IPC
  • 安全存储支持
  • XIP 模式下对 OSPI 接口的动态加密支持
  • 通过基于数据包的硬件加密引擎对数据（有效负载）加密/身份验证的网络安全支持
  • 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
• 6× 集成电路间 （I2C） 端口
• 9× 通用异步收发（UART）模块
• 1× 12位模数转换器（ADC）
  • 可配置采样率高达 4MSPS
  • 8× 多路复用模拟输入
• 7× 多通道串行外设接口 （SPI） 控制器
• 3× 通用 I/O （GPIO） 模块
• 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，完全支持CAN-FD
• 2× 快速串行接口发射器 （FSITX） 内核
• 6× 快速串行接口接收器 （FSIRX） 内核

高速接口：

• 1× 集成以太网交换机支持：（CPSW）
  • 多达 2 个外部以太网端口
    • RGMII （10/100/1000）
    • RMII （10/100）
  • 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 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 Gen1 （5Gbps）、高速 （480Mbps）、全速 （12Mbps） 和低速 （1.5Mbps）
  • 集成 USB VBUS 检测
• 1× 串行器/解串器（SERDES）
  • 一个 SERDES PHY 通道，支持 PCI-Express Gen2 或 USB SuperSpeed Gen1
• 2× 多媒体卡/安全数字 （MMCSD） 接口
  • 一个用于 eMMC 的 8 位 （MMCSD0）
  • 一个用于MMCSD/SDIO（MMCSD1）的4位
  • 集成模拟开关，用于高速卡的电压从 3.3V 切换到 1.8V
• 1× 通用内存控制器 （GPMC）
  • 16位并行总线，时钟频率为133MHz或
  • 32位并行总线，时钟频率为100MHz
  • 错误定位模块 （ELM） 支持
• 1× 用于外部存储器的闪存子系统 （FSS） 可配置为：
  • 1× 八通道 SPI （OSPI） 闪存接口
  • 或 1× 四通道 SPI （QSPI） 闪存接口
• 简化的电源排序要求
• 双电压 I/O 支持 （3.3V / 1.8V）
• 集成SDIO LDO，用于处理SD接口的自动电压转换
• 用于监控过压和欠压情况的集成电压监控器
• 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通过IEC 61508认证
  • ECC 或计算关键存储器上的奇偶校验
  • 用于 CPU 和片上 RAM 的内置自检 （BIST）
  • 带有专用错误引脚的错误信号模块 （ESM）
  • 选定内部总线互连上的ECC和奇偶校验
  • 运行时安全诊断，包括：
    • 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
  • MCU 域具有专用存储器、接口和 M4FSS，能够与具有无干扰 （FFI） 的大型 SoC 隔离，具有以下特点：
    • 独立互连
    • 防火墙和超时垫圈
    • 受控复位隔离
    • 专用 MCU PLL 和 MMR 控制
    • 独立的 I/O 电压电源轨
• 支持从 OSPI/QSPI 闪存、SPI 闪存、并行 NOR 闪存、并行 NAND 闪存、UART、I2C、MMCSD、eMMC、USB、PCIe 和以太网接口启动。
• 16纳米FinFET技术
• ALV：17.2mm × 17.2mm，0.8mm 间距（441 引脚）[带盖] 倒装芯片球栅阵列 （FCBGA）
• ALX：11.0mm × 11.0mm，0.5mm 间距（293 引脚）[包覆成型] 倒装芯片芯片级封装 （FCCSP）

参数

方框图

‌1. 产品概述‌

• ‌型号‌：AM2434、AM2432、AM2431，基于Arm® Cortex®-R5F和M4F内核的工业级微控制器。
• ‌核心特性‌：
  • 实时处理能力：支持双核/单核Cortex-R5F集群（最高800MHz）和单核Cortex-M4F（400MHz）。
  • 内存配置：2MB片上RAM（带ECC）、128KB TCM（每R5F核）、256KB SRAM（M4F）。
  • 工业通信：集成PRU_ICSSG子系统，支持Profinet、EtherCAT、TSN等协议。
  • 安全功能：安全启动、硬件加密加速（AES/SHA/3DES等）、防火墙隔离。

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‌2. 关键应用领域‌

• ‌工业自动化‌：PLC、电机驱动、远程I/O、协作机器人。
• ‌通信模块‌：支持多协议工业以太网（如EtherNet/IP、IO-Link）。
• ‌功能安全‌：通过IEC 61508认证（SIL 2/SIL 3），内置自检（BIST）和错误检测模块。

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‌3. 主要外设与接口‌

• ‌高速接口‌：
  • 千兆以太网（2×RGMII）、PCIe Gen2、USB 3.1 DRD。
  • 支持DDR4/LPDDR4（最高1600 MT/s，带ECC）。
• ‌工业外设‌：
  • 增强型PWM（9×EPWM）、编码器接口（3×EQEP）、CAN-FD（2×MCAN）。
  • 12位ADC（8通道，4MSPS）、多通道SPI（7×MCSPI）。
• ‌存储接口‌：eMMC/SD、OSPI/QSPI闪存、GPMC并行总线。

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‌4. 封装与功耗‌

• ‌封装选项‌：
  • ALV：441引脚FCBGA（17.2mm×17.2mm）。
  • ALX：293引脚FCCSP（11.0mm×11.0mm），部分功能精简。
• ‌电源管理‌：
  • 双电压I/O（3.3V/1.8V）、集成LDO和电压监控。
  • 低功耗设计，支持动态电源分区。

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‌5. 开发支持‌

• ‌工具链‌：TI提供SDK、参考设计和评估模块（如TMDSAM243 EVM）。
• ‌文档‌：详细的数据手册、TRM（技术参考手册）、引脚复用工具（SysConfig-PinMux）。

‌注‌：ALX封装型号（如AM2432-ALX）删减了部分外设（如DDRSS、USB SuperSpeed），需参考具体型号选型指南。