OPTIGA™ TPM SLB 9673 RaspberryPi®评估板：I2C TPM HAT的深度解析

在当今的电子设计领域，安全芯片的应用越来越广泛，尤其是在物联网（IoT）和嵌入式系统中。英飞凌的OPTIGA™ TPM SLB 9673系列产品就是其中的佼佼者。今天，我们就来详细探讨一下基于该芯片的RaspberryPi®评估板——I2C TPM HAT。

文件下载：Infineon Technologies OPTIGA™ TPM SLB 9673 Raspberry Pi评估板.pdf

一、评估板概述

1.1 硬件组成

这块评估板的核心是采用PG - UQFN - 32 - 1, - 2封装的OPTIGA™ TPM SLB 9673 FW 26.xx可信平台模块（TPM），板卡版本为3.2。该TPM的功能和引脚定义完全符合TCG PC Client Platform TPM Profile Specification for TPM 2.0（TCG, 2020）标准。

1.2 主要特性

• 芯片特性：采用OPTIGA™ TPM SLB 9673 FW 26.xx TPM，具备增强的安全特性，适用于物联网应用。
• 封装形式：PG - UQFN - 32 - 1, - 2封装，体积小巧，便于集成。
• 通信接口：支持I2C接口，方便与主机进行通信。
• 兼容性：完全符合RaspberryPi® HAT规范，可自动加载必要的设备树覆盖层，并且其40针堆叠式接头与RaspberryPi® 2、3、4、Zero和Zero2兼容。
• 电源供应：支持3.3 V或1.8 V电源供应，灵活性高。
• 复位功能：配备复位按钮，同时支持通过评估板按钮或RaspberryPi® GPIO进行复位操作。

1.3 适用范围与目的

OPTIGA™ TPM SLB 9673 FW 26.xx通过I2C接口与主机通信，该系列有两款不同的产品：

• OPTIGA™ TPM SLB 9673 FW26，适用于物联网的增强安全特性TPM，OPN为SLB9673XU20FW2610XTMA1。
• OPTIGA™ TPM SLB 9673 FW16，适用于物联网的增强安全特性TPM，具备更宽的温度范围，OPN为SLB9673AU20FW2610XTMA1。

这两款产品均为完全符合TCG标准的TPM产品，获得了CC（EAL4 +）认证和额外的FIPS认证，只是在支持的温度范围和可靠性方面有所差异，以满足不同目标应用的需求。

二、原理图、布局与尺寸

2.1 原理图

评估板的原理图展示了各个组件之间的连接关系，对于理解评估板的工作原理至关重要。通过原理图，我们可以清晰地看到TPM芯片与其他电路元件的连接方式，以及信号的传输路径。

2.2 组件布局与板卡布局

• 组件放置：从组件放置的顶视图中，我们可以看到各个组件的具体位置，这有助于我们在进行硬件设计时合理安排空间，避免信号干扰。
• 布局顶视图：顶视图展示了评估板正面的布局情况，包括元件的分布和走线的规划。
• 布局底视图：底视图则呈现了评估板背面的布局信息，对于多层板设计来说，背面的布局同样重要。

2.3 板卡尺寸

评估板的尺寸严格遵循RaspberryPi® HAT规范，具体尺寸可参考相关文档（https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/hat - board - mechanical.pdf ）。合适的尺寸确保了评估板能够与RaspberryPi®完美适配。

三、评估板复位输入

评估板为SLB9673 TPM芯片提供了两种复位源：

3.1 物理用户按钮S1

按下物理用户按钮S1，TPM将立即复位，并且该复位操作遵循数据手册中规定的复位时序。这为我们在调试过程中提供了一种便捷的复位方式。

3.2 通过RaspberryPi® GPIO复位

RaspberryPi®板本身也可以作为SLB9673的额外复位源。通过在JP1上使用跳线来启用该功能，复位信号将从RaspberryPi®接头的7号引脚（对应GPIO4）输入。具体的复位输入配置如下表所示：

JP1 Pins connected	Reset can be initiated by the host over the Raspberry Pi
1 - 2	No.
2 - 3	Yes

四、板卡订购信息

如果您需要订购该评估板，可以参考以下信息：

OPN	Description	Ordering Code	Status
TPM9673FW2613RPIE BTOBO1	OPTIGATM TPM SLB 9673 RaspberryPi Evaluation board 12C FW 26.xx	SP006005648	active and preferred

五、树莓派I2C硬件问题及解决方案

树莓派SoC上的I2C硬件外设存在两个问题，可能会影响与TPM芯片的通信：

5.1 I2C时钟稳定性问题

树莓派I2C硬件外设的CLK频率不稳定，因为它与CPU频率内部硬连接。当树莓派进入节能模式并降低CPU时钟频率时，I2C时钟频率也会按相同比例下降。

解决方案：

• 配置固定的CPU时钟频率。
• 使用软I2C实现替代硬件外设。

5.2 时钟拉伸问题

树莓派的I2C - Master外设有时会忽略I2C时钟拉伸机制。

解决方案：使用软I2C。

5.3 建议

在设备树覆盖层中选择软I2C驱动。需要注意的是，该评估板EEPROM中嵌入的设备树覆盖层以及树莓派操作系统Linux内核的设备树覆盖层都使用了软I2C驱动。

总结

英飞凌的OPTIGA™ TPM SLB 9673 RaspberryPi®评估板为我们提供了一个便捷的平台，用于评估TPM芯片的功能和性能。通过对评估板的硬件、特性、复位方式以及I2C硬件问题的分析，我们可以更好地将其应用到实际的设计中。在使用过程中，我们需要充分考虑树莓派I2C硬件的问题，并采取相应的解决方案，以确保评估板与TPM芯片之间的稳定通信。大家在实际应用中是否也遇到过类似的硬件问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享您的经验。