緊湊，精確，互聯(lián)。

目前世界人口已經(jīng)達到了78億，并且還在不斷增加，預計到2050年將達到100億。日益增長(cháng)的人口既有對衣服，食物等基本必需品的需求，對舒適、安全生活的追求也不斷增長(cháng)。被廣泛應用于智能制造、智能樓宇和智能電網(wǎng)領(lǐng)域的工業(yè)4.0技術(shù)以及即將推出的工業(yè)5.0創(chuàng )新技術(shù)，都是可以滿(mǎn)足上述需求的現代自動(dòng)化技術(shù)。

工業(yè)4.0云架構中使用的高性能多核處理引擎可以從數千個(gè)邊緣傳感器中收集數據并執行復雜的分析，從而管理工廠(chǎng)運營(yíng)。隨著(zhù)端到端自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器數量和需要管理的數據也相應地呈指數級增長(cháng)。一個(gè)智能工廠(chǎng)可能擁有超過(guò)50,000個(gè)傳感器，每天產(chǎn)生幾千萬(wàn)億字節的數據；即使是普通的辦公大樓也可能產(chǎn)生數百GB的數據。

據國際數據公司(IDC)估計，到2022年，將有40%的數據被存儲、管理、分析并留存在產(chǎn)生位置（也稱(chēng)為“邊緣”）。云邊緣計算的發(fā)展離不開(kāi)緊湊、精確和互聯(lián)的邊緣設備。這些邊緣設備具有三個(gè)關(guān)鍵要求：實(shí)時(shí)計算、多協(xié)議工業(yè)聯(lián)網(wǎng)功能以及可現場(chǎng)部署的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)功能。圖 1展示了工業(yè)應用中的上述要求。

TI的AM64x系列Sitara?實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)處理器直接滿(mǎn)足了這些需求。

圖1 智能邊緣計算要求

可受益于A(yíng)M64x系列特性的系統包括，交流伺服電機驅動(dòng)器、工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)、工廠(chǎng)自動(dòng)化中的運動(dòng)控制器、物聯(lián)網(wǎng)、樓宇自動(dòng)化中的網(wǎng)關(guān)、電網(wǎng)自動(dòng)化中的數據集中器、高精度數據采集系統、3D攝像頭等等。

交流伺服電機驅動(dòng)器示例

以現代自動(dòng)化應用中的一個(gè)基本元件為例，如圖2所示的伺服驅動(dòng)器。伺服驅動(dòng)器控制數控機床、機器人、傳送帶、倉庫自動(dòng)化等眾多機器的電機。以AM6442為例，該器件具有四個(gè)高性能Arm?Cortex?-R5F內核，運行頻率均高達800MHz，可提供高達每秒6,400個(gè)百萬(wàn)條指令(DMIPS)的運算能力，并支持周期時(shí)間低至3μs且抖動(dòng)超低的高精度電機控制環(huán)路。

集成工業(yè)通信支持伺服驅動(dòng)器使用EtherCAT、Profinet和Ethernet/IP等標準與工業(yè)PLC或運動(dòng)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，無(wú)需其他現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或專(zhuān)用集成電路(ASIC)。您可使用片上Cortex-A53處理內核運行Linux?等高級操作系統(OS)，并提供遠程診斷、故障監測、振動(dòng)監測和系統可配置性等智能服務(wù)，從而實(shí)施按需業(yè)務(wù)策略。

尺寸上集成了多種功能的處理器比多芯片解決方案小50%以上，從而實(shí)現了更緊湊的驅動(dòng)系統。AM64x采用16nm工藝設計，功耗低于1W至2W（具體功耗取決于配置），能夠在緊湊的尺寸下簡(jiǎn)化熱設計工作量。

圖2 緊湊、精確、互聯(lián)的伺服驅動(dòng)器

實(shí)時(shí)計算能力

AM64x系列使用Arm Cortex-R5F處理內核（而非諸如 Cortex-M7之類(lèi)的其他Arm處理內核），為要求可靠性、高可用性和低延遲實(shí)時(shí)響應的嵌入式系統提供了多核功能。AM6442和AM6441的四個(gè)Cortex-R5F內核可提供高達5,300 DMIPS（實(shí)時(shí)）的性能。Cortex-R5F包含低延遲中斷技術(shù)，可以中斷和重啟較長(cháng)的多周期指令。

實(shí)時(shí)多協(xié)議工業(yè)聯(lián)網(wǎng)功能

以太網(wǎng)已成為實(shí)際的工業(yè)通信標準，取代了工廠(chǎng)、樓宇和電網(wǎng)基礎設施中的串行現場(chǎng)總線(xiàn)。但是標準以太網(wǎng)也具有不確定性，而現代工廠(chǎng)自動(dòng)化需要確定性操作和時(shí)間同步。為解決這種固有的不兼容性而開(kāi)發(fā)的標準需要特殊的FPGA或ASIC，因此增加了系統成本和尺寸。

集成工業(yè)連接是AM64x架構的核心。每個(gè)器件都具有多個(gè)以太網(wǎng)端口以支持工業(yè)交換機的實(shí)施，例如高達千兆位速度的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )(TSN)以及EtherCAT^?、PROFINET^?、ETHERNET/IP?等。

AM64x系列還為這些協(xié)議集成了完整的軟件棧，因此可以輕松設計出無(wú)縫連接到工廠(chǎng)基礎設施的邊緣設備。AM64x協(xié)議還支持IO-Link主站，充當從IO-Link到任何工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議以及電機編碼位置EnDat 2.2和HIPERFACE DSL?的網(wǎng)關(guān)。

可現場(chǎng)部署的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)功能

工業(yè)4.0中的遠程管理設備（驅動(dòng)器、傳感器和網(wǎng)關(guān)）可以基于系統中運行的預測性維護算法，將警報發(fā)送到云或基礎設施。AM64x中的片上Cortex-A53內核可以執行此任務(wù)，且不會(huì )中斷服務(wù)。

此外，您還可以運行高級操作系統（例如Linux）和Web或應用程序服務(wù)器來(lái)實(shí)現不同的業(yè)務(wù)模型。運行速率為1 GHz的兩個(gè)內核都具有足夠的性能，可以處理不斷增加的多種服務(wù)，且不會(huì )中斷實(shí)時(shí)計算和網(wǎng)絡(luò )流量。Linux還允許在內核版本中不斷添加功能，從而加快應用程序開(kāi)發(fā)。AM64x的主線(xiàn)Linux支持簡(jiǎn)化了從一個(gè)內核到另一個(gè)內核的代碼庫轉換。

AM64x系列具有多個(gè)引腳對引腳兼容的器件，如表2所示。您可以先使用功能較少的器件，然后隨著(zhù)設計需求的發(fā)展遷移到性能更高的器件，同時(shí)保持相同的印刷電路板設計。

表2 引腳對引腳兼容的AM64x系列

結束語(yǔ)

TI全新的AM64x系列器件具有實(shí)時(shí)計算性能、集成的網(wǎng)絡(luò )選項以及在小功率范圍內實(shí)現可配置網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的能力。AM64x系列包含五款引腳對引腳兼容的器件，可用于設計下一代面向現代自動(dòng)化應用、緊湊、精確和互聯(lián)的邊緣設備。