如何基于TI AM437x芯片快速设计工业通信产品

本文将介绍如何使用基于TI AM437X芯片的MYC-C437X核心板快速设计出稳定可靠的工业通信产品。

一．AM437X介绍

AM437X基于ARM Cortex-A9内核，具有高性能、低功耗、多接口、低成本等特性，同时提供3D图形加速和关键外设的集成，可满足各种应用需要。支持LPDDR2/DDR2/DDR3内存，PRU子系统为器件提供附加灵活性，同时提供对EtherCAT和Profibus的可选支持来满足工业设计的需要。AM437X处理器架构如图1所示。

 


图1. AM437XCortex-A9架构
 

Sitara™ ARM® Cortex®-A9 32-Bit RISC 处理器，最高可达1GHz工作频率
NEON™ SIMD 高性能媒体引擎
VFPv3 浮点协处理器
32KB的L1指令Cache和32KB的L1数据Cache
256KB的L2 Cache 或 L3 RAM
32位 LPDDR2、DDR3、DDR3L支持，最大支持2GB SDRAM 存储空间
通用存储支持（NAND、NOR、SRAM）支持最高16位ECC
SGX530 3D图形引擎
显示子系统
可编程实时单元子系统及工业通信子系统（PRU-ICSS）
实时时钟（RTC）
最多2路USB 2.0 PHY，可配置为主或从
最多2路千兆以太网，支持内部交换
2路控制器局域网（CAN）
串行接口包括：6路UART，2路McASP，5路McSPI，3路I2C，1路QSPI，1路HDQ或1-Wire
2个12 位逐次逼近寄存器（SAR）ADC
最多3路32位eCAP
最多3路eQEP
最多6路eHRPWM
加密硬件加速器 (AES，SHA，PKA，RNG)

二．米尔科技MYC-C437X核心板介绍

MYC-C437X是MYIR米尔科技推出的以AM437X为核心处理器的一款嵌入式核心板。核心板尺寸：45mm x 60 mm。通过连接器(200个管脚)引出众多信号。核心资源如图2。其中SDRAM，EMMC,Nand
Flash 容量可以选配。SDRAM最大可以支持2GB。



图2 MYC-C437X 核心板

256/512MB DDR3 SDRAM
4GB eMMC、16MB QSPI FLASH(DNP)、32KBEEPROM
预留Nand Flash 封装
集成千兆PHY芯片
集成电源管理芯片TPS65218
2个100pin0.8MM间距双排插针连接器

三．MYC-C437X在工业通信产品中的设计

本节将介绍如何使用MYC-C437X核心板快速设计出稳定可靠的工业通信产品。

MYC-C437X扩展接口

AM437X ZDN封装具有491个管脚。除去专用信号管脚如EMIF(用于连接SDRAM)、USB、ADC等管脚，可用的GPIO有163个。有限的GPIO管脚能够支持如此众多的接口，得益于这些管脚具有复用功能。

MYC-C437X核心板的扩展接口引出的信号除了电源以及4对以太网差分线，其他信号都是直接从AM473X处理器管脚引出。涵盖了LCD、Camera、MMC、RGMII/GMII、USB、UART、I2C、SPI、McASP，McSPI，QSPI，HDQ、ADC、JTAG以及PRU-ICSS 包含eCAP、eHRPWM、EnDAT、MII、UART等信号。

电源

工业场合为了提高EMC电磁兼容性都会用到隔离电源。这里不讲电源的隔离设计，只说明MYC-C437X核心板的输入电源要求。核心板供电只需要两路电压输入：5V和3.3V。输入5V经电源管理芯片TPS65218变换后提供给CPU、内存，EMMC,以太网PHY等IC的供电。另外一路是电池供电应用于RTC，不是必须的。此外核心板能够提供两路电压输出：3.3V和1.8V。3.3V电压输出其电流最大可达1.6A。如果需要3.3V @1.6A的输出，应保证5V@2A输入。

TF接口

TF在嵌入式系统的应用主要有两个方面。在系统调试阶段，用于存放系统启动文件，目标系统镜像；其次用作大容量存储器。

MYC-C437X提供MMC0接口，可支持24MB/s(4条数据线)的传输速率。如果设计中不需要MMC0，可以将这些GPIO复用其他功能。 

LCD接口

AM437X LCD信号与PR1_MII0 (AM437X支持2个PRU MII),Camera有复用。LCD对应的信号能够复用最多8种模式。在使用相同的管脚实现不同的接口时，需要用到多路复用器。
复用器的性能参数比如开关速度，阻抗这些都是需要重点考虑的。

Camera接口

MYC-C437X支持两路视频输入接口VPFE，用于连接CCDCamera或者兼容BT656视频编码器的信号。Camera对应的信号管脚同样存在复用。如果不需要Camera功能，可以用作GPIO、MMC、QSPI、SPI、eHRPWM、中断等资源。

工业以太网

AM437X的PRU核支持两个MII以太网接口。用于支持工业通信Ethernet/IP、PROFINET RT/IRT，AM4377和AM4379额外支持EtherCAT和POWERLINK协议。MYC-C437X提供2路工业级以太网MII接口。其中一路MII接口与LCD信号复用。 

工业现场总线Profibus

Profibus总线标准有3个：FMS，DP，PA。适用于不同的应用领域。DP是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统。安装简单、拓扑结构多样、易于实现、通信实时可靠、功能比较完善，卓越的性能使得它适用于各种工业自动化领域。数据通讯采用标准的RS-485接口,传输速率最高可达12Mbps，传输距离可达23.8km，而且响应时间短，抗干扰能力强。通过双绞线或光缆进行数据传输，极易扩展。最多可以连接125个节点。

AM437XPRU核支持两个PRUUART接口，通信速率最高可达3Mbps。MYC-C437X提供两个PRU UART接口。在设计Profibus接口电路时，为提高系统抗干扰性，通常采用光耦实现数据信号隔离的传输。

USB

AM437X 处理器能够提供2路独立USB 2.0信号,支持USB Host或USB Device。但不能自适应Hostor Device，即不支持OTG。MYC-C437X扩展接口引出了2路USB信号。

串口/RS232/RS485/CAN

MYC-437X支持6路UART接口和2路CAN接口。其中一路串口用于系统调试。RS232、RS485、CAN接口电路资料众多，在此不作详细说明。在工业应用场合中，为了保证信号可靠稳定传输，通常需要选用高速光耦或者磁耦合实现信号隔离传输。

EnDat/eQEP/eCAP/eHRPWM

eQEP属于AM437X外设资源，但不属于PRU部分。通常用于测量电机位置及转速。

EnDat2.2：其驱动电路采用标准的RS485接口。

eCAP:信号捕获单元。

eHRPWM：PWM信号输出单元。

MYC-C437X 引出了3路eQEP/eCAP/eHRPWM(PRU资源)。

更多MYC-437X核心板参数：http://www.myir-tech.com/product/myc_c437x.htm