FRDM - IMX93开发板深度解析：从硬件到应用的全方位指南

引言

在嵌入式开发领域，一款性能出色且成本合理的开发板对于开发者来说至关重要。NXP的FRDM - IMX93开发板就是这样一款产品，它为开发者提供了一个低功耗、高性能的平台，能够快速验证和开发基于i.MX 93应用处理器的项目。本文将从硬件概述、功能描述、配件使用等多个方面对FRDM - IMX93开发板进行详细解析，希望能为电子工程师们的设计工作提供有价值的参考。

文件下载：NXP Semiconductors FRDM-IMX93 开发板.pdf

一、FRDM - IMX93开发板概述

1.1 整体定位

FRDM - IMX93开发板是一款低成本的入门级开发平台，旨在以小巧且经济的封装展示i.MX 93应用处理器的常用功能。它能帮助开发者在投入大量资源进行特定设计之前，先熟悉该处理器的特性。

1.2 硬件框图

这个硬件框图直观地展示了开发板各个部分的连接关系，为我们理解其整体架构提供了基础。

1.3 开发板特性

特性	相关处理器特性	描述
应用处理器		i.MX 93应用处理器采用双Arm Cortex - A55 + Arm Cortex - M33核心，最高主频达1.7 GHz，还配备0.5 TOPS的神经处理单元（NPU）。
USB接口	USB 2.0高速主机和设备控制器	有1个USB 2.0 Type C连接器和1个USB 2.0 Type A连接器。
DRAM内存	DRAM控制器和PHY	配备2GB LPDDR4X（Micron MT53E1G16D1FW - 046 AAT:A）。
大容量存储	uSDHC	有32GB eMMC5.1（FEMDRM032G - A3A55）和MicroSD卡连接器（支持SD3.0）。
启动配置		默认从eMMC设备单启动，也支持SD卡启动。
摄像头接口	MIPI CSI	有一个CSI（x2数据通道）接口，通过FPC电缆连接器（P6）连接。
显示接口
MIPI DSI	x4数据通道MIPI DSI接口，通过FPC电缆连接器（P7）连接。
HDMI	通过x4数据通道LVDS到HDMI转换器芯片（IT6263）连接到HDMI连接器P5。
以太网接口	两个ENET控制器	有两个支持10/100/1000 Mbits的RGMII以太网接口，分别通过RJ45连接器（P3、P4）连接外部PHY（YT8521），其中P3支持TSN。
I/O扩展器	CAN、I2C/I3C、模数转换器（ADC）	10针2x5 2.54 mm连接器P12提供高速CAN收发器连接、I2C/I3C扩展和双通道ADC支持。
板载Wi - Fi	SDIO、UART、SPI、SAI	板载Wi - Fi 6/蓝牙5.4模块。
Wi - Fi/蓝牙接口	USB、SDIO、SAI、UART、I2C和GPIO	一个M.2/NGFF Key E迷你卡75针连接器P8，支持多种接口，但使用时需重新焊接电阻。
音频	MQS	支持MQS。
调试接口		USB转UART设备（CH342F），通过一个USB 2.0 Type - C连接器（P16）提供两个COM端口，分别用于Cortex A55和Cortex M33系统调试，还有串行线调试（SWD）接口P14。
扩展端口		一个40针双排针连接器，用于I2S、UART、I2C和GPIO扩展。
电源		一个USB 2.0 Type - C连接器用于供电，采用PCA9451AHNY PMIC和离散DCDC/LDO。
PCB		尺寸为105 mm x 65 mm，10层板。

1.4 开发板外观及接口

开发板提供了多个角度的图片，包括顶面视图、顶面连接器、板载开关按钮和LED、底面视图等，方便我们直观地了解其物理布局。同时，文档还详细介绍了各个连接器、按钮、DIP开关和LED的功能和位置。

• 连接器：不同类型的连接器分布在开发板的不同位置，如USB 2.0 Type C、RJ45、HDMI等，每个连接器都有其特定的功能和连接方式。
• 按钮：K2和K3为用户按钮，可用于自定义用例。
• DIP开关：有4位（SW1）、2位（SW3）和1位（SW4）DIP开关，用于控制启动模式、CAN接口信号和CAN分割终端RC滤波器等。
• LED：有PWR LED（红色，指示3.3 V电源状态）、RGB LED（可通过用户应用控制）、LED GREEN（绿色，指示WLAN状态）和LED ORANGE（橙色，指示蓝牙状态）。

二、FRDM - IMX93功能描述

2.1 处理器

i.MX 93应用处理器具有强大的性能，其双Arm Cortex - A55 + Arm Cortex - M33核心架构以及NPU的加入，使其在智能物联网、多媒体等领域具有很大的应用潜力。它还提供了多种内存和外设接口，方便连接各种设备。

2.2 电源供应

开发板的主要电源通过USB Type - C PD连接器（P1）输入VBUS_IN（12 V - 20 V）。使用了四个DC降压开关稳压器，为不同的模块提供合适的电源。	器件	型号	电源转换	输出规格	供电对象
MP8759GD（U702）		VBUS_IN到SYS_5V（5 V）		PCA9451AHNY PMIC和其他离散设备
MP1605C（U723）		VDD_5V到DSI&CAM_3V3（3.3 V / 2 A）		MIPI CSI和MIPI DSI接口
MP2147GD（U726）		VDD_5V到VPCIe_3V3（3.3 V / 4 A）		M.2/NGFF模块、WLAN和蓝牙状态指示灯、板载Wi - Fi模块
MP1605C（U730）		VPCIe_3V3到VEXT_1V8（1.8 V / 500 mA）		板载Wi - Fi模块
PCA9451AHNY（U701）		多个输出	不同电压和电流规格	CPU DRAM PHY、SoC逻辑和Arm核心、各种外设等

2.3 时钟

开发板提供了多种时钟信号，以满足不同模块的工作需求。	时钟源	时钟信号	频率	目的地
Y401	XTALI 24M	24 MHz	目标处理器
QZ401	XTALI_32K、XTALO_32K	32.768 kHz	目标处理器的NVCC_BBSM块
QZ701	XIN32K、XOUT32K	32.768 kHz	PCA9451AHNY PMIC
Y402	PHY1_XTAL_I、PHY1_XTAL_O	25 MHz	以太网RMII PHY1
Y403	PHY2XTAL、PHY2_XTAL_O	25 MHz	以太网RMII PHY2
Y404	HDMI XTALIN、HDMI_XTALOUT	27 MHz	板载LVDS到HDMI转换器模块IT6263

2.4 I2C接口

i.MX 93处理器支持低功耗的I2C模块，开发板上有一个10针2x5 2.54 mm连接器P12用于支持I2C、CAN和ADC连接。同时，文档还列出了开发板上各个I2C设备及其地址。	器件	I2C地址（7位）	端口	速度	电压	描述
IT6263（U719）	0x4C	MX - I2C1	1 MHz Fm +	3.3 V	LVDS到HDMI转换器
PCAL6408AHK（U748）	0x20	MX - I2C1	1 MHz Fm +	3.3 V	I/O扩展器
PCA9451AHNY（U701）	0x25	MX - I2C2	1 MHz Fm +	3.3 V	PMIC
PCAL6524HEAZ（U725）	0x22	MX - I2C2	1 MHz Fm +	3.3 V	I/O扩展器
AT24C256D（U10）	0x50	MX - I2C2	1 MHz Fm +	3.3 V	EEPROM
PTN5110NHQZ（U705）	0x52	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	USB Type - C Power Delivery PHY
PTN5110NHQZ（U712）	0x50	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	USB Type - C Power Delivery PHY
NX20P3483UK（U710）	0x71	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	USB负载开关
PCF2131（U740）	0x53	MX - I2C3	1 MHz Fm +	3.3 V	外部RTC

2.5 启动模式和启动设备配置

i.MX 93处理器提供多种启动配置，可以通过开发板上的SW1开关或处理器内部eFUSE中的启动配置来选择。默认启动模式是从eMMC设备启动，也可以选择从SD卡或通过USB进行串行下载。	SW1 [3:0]	BOOT_MODE[3:0]	启动核心	启动设备
0001	0001	Cortex - A	串行下载器（USB）
0010	0010		uSDHC1（8位eMMC 5.1）
0011	0011		uSDHC2（4位SD3.0）

2.6 PDM接口

处理器的脉冲密度调制（PDM）麦克风接口支持PDM/MQS，连接到3.5 mm音频插孔P15。

2.7 LPDDR4x DRAM内存

开发板配备1个1 Gig × 16（1通道 × 16 I/O × 1排名）的LPDDR4X SDRAM芯片，共2GB RAM。同时，还介绍了从LPDDR4X迁移到LPDDR4的两种方法，一种需要硬件重新焊接，另一种可以通过软件配置PMIC来实现。

2.8 SD卡接口

目标处理器有三个uSDHC模块，i.MX 93处理器的uSDHC2接口连接到开发板上的MicroSD卡插槽P13，支持4位SD3.0 MicroSD卡。

2.9 eMMC内存

eMMC内存连接到i.MX 93处理器的uSDHC1接口，支持eMMC 5.1设备，是开发板的默认启动设备。

2.10 M.2连接器和Wi - Fi/蓝牙模块

开发板支持M.2/NGFF Key E迷你卡75针连接器P8，默认情况下信号连接到板载Wi - Fi模块。若要使用该M.2插槽，需要重新焊接一些电阻。同时，文档还给出了M.2迷你卡连接器的引脚定义。

2.11 三无线电模块接口

开发板上的三无线电（Wi - Fi 6、蓝牙5.4和802.15.4）模块与目标处理器的SD2、UART5、SAI1和SPI3控制器接口。该模块的两个天线引脚连接到U.FL连接器P9和P10（默认未安装），并且与M.2连接器共享一些接口线，通过零欧姆电阻进行信号选择。

2.12 CAN接口

i.MX 93处理器支持CAN模块，开发板上其中一个控制器连接到高速CAN收发器TJA1051T/3，通过10针2x5 2.54 mm连接器P12连接到物理CAN总线。CAN_TXD和CAN_RXD信号复用在GPIO_IO25和GPIO_IO27上，通过2位DIP开关SW3控制，还可以通过SW4控制CAN分割终端RC滤波器。

2.13 USB接口

i.MX 93应用处理器有两个USB 2.0控制器，开发板上一个用于USB2.0 Type - C端口（P2），另一个用于USB2.0 Type - A端口（P17）。此外，还有一个USB Type - C PD连接器（P1）用于供电，一个USB Type - C连接器（P16）用于系统调试。

2.14 摄像头接口

i.MX 93处理器的MIPI CSI - 2接收器支持最多2个数据通道，MIPI CSI - 2信号连接到FPC连接器P6，可连接相机模块。

2.15 MIPI DSI

i.MX 93处理器支持MIPI显示串行接口（DSI），最多支持四个通道，分辨率可达1080p60或1920x1200p60。MIPI DSI信号连接到FPC连接器P7。

2.16 HDMI接口

i.MX 93处理器支持四数据通道LVDS TX显示，信号通过LVDS到HDMI转换器IT6263连接到HDMI连接器P5。

2.17 以太网

i.MX 93处理器支持两个千兆以太网控制器，开发板通过Motorcomm YT8521SH - CA以太网收发器（U713、U716）连接到RJ45连接器（P3、P4），支持RGMII。每个以太网端口有唯一的MAC地址，并且在开发板上有清晰的标识。

2.18 扩展连接器

开发板上有一个40针双排针连接器P11，用于支持I2S、UART、I2C和GPIO连接，可以用于访问各种引脚或插入附件卡。

2.19 调试接口

开发板有两个独立的调试接口：

• SWD接口：i.MX 93处理器的两个SWD信号连接到标准3针2.54 mm连接器P14。
• USB调试接口：使用CH342F芯片将USB转换为双UART，通过USB Type - C连接器P16进行系统调试。安装驱动后，PC会枚举两个COM端口，分别用于Cortex - A55和Cortex - M33系统调试。

2.20 开发板勘误

文档中说明开发板目前没有勘误信息，这对于开发者来说是一个好消息，说明开发板的设计相对稳定。

三、与配件配合使用

3.1 7英寸Waveshare LCD

• MIPI DSI接口连接：在LCD端和开发板端分别按照特定的FPC电缆方向插入FPC电缆。
• I2C连接：按照文档中的连接图进行I2C信号线的连接。
• 软件配置更新：在U - Boot阶段使用特定命令替换默认的dtb文件，以支持Waveshare LCD。

  3.2 5英寸