AM2431技术文档总结-电子发烧友网

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：am2431.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. 核心特性‌

‌处理器架构‌：
- 双核/四核Arm Cortex®-R5F MCU子系统（最高800MHz），支持实时处理。
- 单核Arm Cortex®-M4F MCU（最高400MHz），专用于功能安全隔离场景。
- 集成安全控制器（DMSC-L）和加密加速引擎（AES/SHA/ECC等）。
‌内存子系统‌：
- 高达2MB带ECC的片上RAM（OCSRAM），可分区为多个独立内存块。
- 支持LPDDR4/DDR4（16位带ECC，最高1600 MT/s）。
‌工业通信‌：
- 2×千兆工业通信子系统（PRU_ICSSG），支持Profinet IRT/RT、EtherCAT、TSN等协议。
- 集成硬件加速器（如CRC32、MAC单元）和低延迟外设接口（FSI、GPMC等）。

‌2. 关键外设与接口‌

‌工业控制‌：
- 9×增强型PWM（EPWM）、3×编码器接口（EQEP）、2×CAN-FD控制器。
- 18×Sigma-Delta滤波器（SDFM）和6×多协议编码器接口。
‌高速连接‌：
- PCIe Gen2、USB 3.1 DRD（支持5Gbps）、千兆以太网（CPSW交换机）。
- 双MMC/SD接口（eMMC 8位 + SDIO 4位）。
‌安全功能‌：
- 安全启动（硬件强制信任根）、运行时安全诊断（电压/时钟监控、CRC校验）。
- 符合IEC 61508 SIL 2/SIL 3认证要求。

‌3. 应用场景‌

‌典型应用‌：
- 可编程逻辑控制器（PLC）、工业机器人、电机驱动。
- 远程I/O模块、网关设备、测试测量仪器。
‌开发支持‌：
- 提供评估模块（TMDSAM243）和LaunchPad（LPAM243x）。
- 支持TI SDK和工业协议栈（如EtherCAT、PROFINET）。

‌4. 封装与型号‌

‌封装选项‌：
- ALV：17.2mm × 17.2mm FCBGA（441引脚）。
- ALX：11.0mm × 11.0mm FCCSP（293引脚，精简外设）。
‌型号差异‌：
- AM2434：4×R5F核心 + M4F，全功能外设。
- AM2432/AM2431：缩减R5F核心数量及外设配置。