目前世界人口已经达到78亿，而且还在增加，预计到2050年将达到100亿。日益增长的人口不仅需要衣、食等基本必需品，还追求舒适、安全的生活。在智能制造、智能建筑、智能电网等领域广泛应用的工业4.0技术，以及即将推出的工业5.0创新技术，都是能够满足上述要求的现代自动化技术。

工业4.0云架构中使用的高性能多核处理引擎可以收集成千上万个边缘传感器的数据，并进行复杂的分析，以管理工厂运营。随着端到端自动化的发展，传感器的数量和要管理的数据也呈指数级增长。一个智能工厂可能有5万多个传感器，每天产生数万亿字节的数据；即使是一栋普通的办公楼，也可能产生数百GB的数据。

根据国际数据公司(IDC)的估计，到2022年，40%的数据将被存储、管理、分析和保存在生产位置(也称为“边缘”)。云边缘计算的发展离不开紧凑、精确、互联的边缘设备。这些边缘设备有三个关键需求：实时计算、多协议工业联网功能和可现场部署的网络服务功能。图1显示了工业应用中的上述要求。

TI的AM64x系列Sitara实时联网处理器直接满足了这些要求。

能够受益于AM64x系列特性的系统包括交流伺服电机驱动器、工业可编程逻辑控制器(PLC)、工厂自动化中的运动控制器、物联网、楼宇自动化中的网关、电网自动化中的数据集中器、高精度数据采集系统、3D摄像机等。

交流伺服电机驱动器示例

以现代自动化应用中的一个基本组件为例，如图2所示的伺服驱动器。伺服驱动器控制数控机床、机器人、传送带、仓库自动化和许多其他机器的电机。以AM6442为例，该器件拥有四个高性能ArmCortex-R5F内核，均运行于800MHz，可提供高达6400万指令每秒(DMIPS)的计算能力，支持周期时间低至3s、抖动超低的高精度电机控制环路。

集成工业通信支持伺服驱动器使用EtherCAT、Profinet和Ethernet/IP等标准与工业PLC或运动控制器实时通信，无需其他现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。可以利用片上Cortex-A53处理核心运行Linux等高级操作系统(OS)，提供远程诊断、故障监测、振动监测、系统可配置等智能服务，实现按需业务策略。

多功能处理器在尺寸上比多芯片解决方案小50%，从而实现更紧凑的驱动系统。AM64x采用16nm工艺设计，功耗不到1W到2W(具体功耗视配置而定)，可以在紧凑的尺寸中简化热设计工作量。

实时计算能力

AM64x系列采用Arm Cortex-R5F处理核心(而非Cortex-M7等其他Arm处理核心)，为需要可靠性、高可用性和低延迟实时响应的嵌入式系统提供多核功能。AM6442和AM6441的四个Cortex-R5F内核可提供高达5，300 DMIPS(实时)的性能。Cortex-R5F包括低延迟中断技术，可以中断和重新启动长的多周期指令。

实时多协议工业联网功能

以太网已经成为实际的工业通信标准，取代了工厂、建筑和电网基础设施中的串行现场总线。但是标准以太网也是不确定的，现代工厂自动化需要确定性的操作和时间同步。为解决这种固有的不兼容性而开发的标准需要特殊的FPGA或ASIC，这增加了系统的成本和尺寸。

集成的工业连接是AM64x架构的核心。每个设备都有多个以太网端口来支持工业交换机的实施，如千兆速度的时间敏感网络(TSN)、EtherCAT、PROFINET、ETHERNET/IP等。

AM64x系列还集成了针对这些协议的完整软件堆栈，因此可以轻松设计无缝连接到工厂基础设施的边缘设备。AM64x协议还支持IO-Link主站，它充当IO-Link到任何工业以太网协议的网关，以及电机编码位置EnDat 2.2和HIPERFACE DSL。

可在现场部署的网络服务功能

工业4.0中的远程管理设备(驱动器、传感器和网关)可以根据系统中运行的预测性维护算法向云或基础设施发送警报。AM64x中的片上Cortex-A53内核可以在不中断服务的情况下执行这项任务。

此外，您可以运行高级操作系统(如Linux)和Web或应用服务器来实现不同的业务模型。运行在1 GHz的两个内核都有足够的性能来处理不断增加的各种服务，而不会中断实时计算和网络流量。Linux还允许在内核版本中不断添加功能，从而加快应用程序的开发。AM64x的主线Linux支持简化了从一个内核到另一个内核的代码转换。

AM64x系列有多个引脚兼容器件，如表2所示。您可以先使用功能较少的器件，然后随着设计需求的发展，转向性能更高的器件，同时保持相同的印刷电路板设计。

表2:引脚兼容的AM64x系列

功能详情：AM6442AM6441AM6421AM6412AM6411实时计算四个Cortex-r5 F4 Cortex-r5 F2 Cortex-r5 f1 Cortex-r5 f1 Cortex-R5F频率(MHz，每个核心)800800800800、400800、400DMIPS(总计):Cortex-R5F(2d MIPS/Hz)64006400320016001600高级操作系统和服务MCU核心2 Cortex-2 000具有功能隔离的系统控制专用微控制器(MCU)内核1 Cortex-M4(400 MHz)1 Cortex-M4(400 MHz)1 Cortex-M4(400 MHz)1 Cortex-M4(400 MHz)1 Cortex-M4(400 MHz)连接到实时工业以太网是否TSN是是是是是是是是是是是是是信息安全IP身份验证和保护(机密性)、防克隆保护、加密加速器、可信执行环境是是是是是否物理安全独立于主域Cortex-M4 MCU通道、错误

结束语

TI全新的AM64x系列器件具有实时计算性能、集成网络选项以及在小功率范围内实现可配置网络服务的能力。AM64x系列包含五个引脚兼容器件，可用于设计面向现代自动化应用的下一代紧凑、精确和互连的边缘器件。