緊湊，精確，互聯(lián)。
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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。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)，都是可以滿足上述需求的現(xiàn)代自動化技術(shù)。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202103/423138.htm工業(yè)4.0云架構(gòu)中使用的高性能多核處理引擎可以從數(shù)千個邊緣傳感器中收集數(shù)據(jù)并執(zhí)行復雜的分析，從而管理工廠運營。隨著端到端自動化的發(fā)展，傳感器數(shù)量和需要管理的數(shù)據(jù)也相應地呈指數(shù)級增長。一個智能工廠可能擁有超過50,000個傳感器，每天產(chǎn)生幾千萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)；即使是普通的辦公大樓也可能產(chǎn)生數(shù)百GB的數(shù)據(jù)。
據(jù)國際數(shù)據(jù)公司(IDC)估計，到2022年，將有40%的數(shù)據(jù)被存儲、管理、分析并留存在產(chǎn)生位置（也稱為“邊緣”）。云邊緣計算的發(fā)展離不開緊湊、精確和互聯(lián)的邊緣設備。這些邊緣設備具有三個關(guān)鍵要求：實時計算、多協(xié)議工業(yè)聯(lián)網(wǎng)功能以及可現(xiàn)場部署的網(wǎng)絡服務功能。圖 1展示了工業(yè)應用中的上述要求。
TI的AM64x系列Sitara?實時聯(lián)網(wǎng)處理器直接滿足了這些需求。
圖1 智能邊緣計算要求
可受益于AM64x系列特性的系統(tǒng)包括，交流伺服電機驅(qū)動器、工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)、工廠自動化中的運動控制器、物聯(lián)網(wǎng)、樓宇自動化中的網(wǎng)關(guān)、電網(wǎng)自動化中的數(shù)據(jù)集中器、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、3D攝像頭等等。
交流伺服電機驅(qū)動器示例
以現(xiàn)代自動化應用中的一個基本元件為例，如圖2所示的伺服驅(qū)動器。伺服驅(qū)動器控制數(shù)控機床、機器人、傳送帶、倉庫自動化等眾多機器的電機。以AM6442為例，該器件具有四個高性能Arm?Cortex?-R5F內(nèi)核，運行頻率均高達800MHz，可提供高達每秒6,400個百萬條指令(DMIPS)的運算能力，并支持周期時間低至3μs且抖動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(qū)動器使用EtherCAT、Profinet和Ethernet/IP等標準與工業(yè)PLC或運動控制器進行實時通信，無需其他現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)。您可使用片上Cortex-A53處理內(nèi)核運行Linux?等高級操作系統(tǒng)(OS)，并提供遠程診斷、故障監(jiān)測、振動監(jiān)測和系統(tǒng)可配置性等智能服務，從而實施按需業(yè)務策略。
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，從而實現(xiàn)了更緊湊的驅(qū)動系統(tǒng)。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化熱設計工作量。
圖2 緊湊、精確、互聯(lián)的伺服驅(qū)動器
實時計算能力
AM64x系列使用Arm Cortex-R5F處理內(nèi)核（而非諸如 Cortex-M7之類的其他Arm處理內(nèi)核），為要求可靠性、高可用性和低延遲實時響應的嵌入式系統(tǒng)提供了多核功能。AM6442和AM6441的四個Cortex-R5F內(nèi)核可提供高達5,300 DMIPS（實時）的性能。Cortex-R5F包含低延遲中斷技術(shù)，可以中斷和重啟較長的多周期指令。
實時多協(xié)議工業(yè)聯(lián)網(wǎng)功能
以太網(wǎng)已成為實際的工業(yè)通信標準，取代了工廠、樓宇和電網(wǎng)基礎(chǔ)設施中的串行現(xiàn)場總線。但是標準以太網(wǎng)也具有不確定性，而現(xiàn)代工廠自動化需要確定性操作和時間同步。為解決這種固有的不兼容性而開發(fā)的標準需要特殊的FPGA或ASIC，因此增加了系統(tǒng)成本和尺寸。
集成工業(yè)連接是AM64x架構(gòu)的核心。每個器件都具有多個以太網(wǎng)端口以支持工業(yè)交換機的實施，例如高達千兆位速度的時間敏感網(wǎng)絡(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縫連接到工廠基礎(chǔ)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(xiàn)場部署的網(wǎng)絡服務功能
工業(yè)4.0中的遠程管理設備（驅(qū)動器、傳感器和網(wǎng)關(guān)）可以基于系統(tǒng)中運行的預測性維護算法，將警報發(fā)送到云或基礎(chǔ)設施。AM64x中的片上Cortex-A53內(nèi)核可以執(zhí)行此任務，且不會中斷服務。
此外，您還可以運行高級操作系統(tǒng)（例如Linux）和Web或應用程序服務器來實現(xiàn)不同的業(yè)務模型。運行速率為1 GHz的兩個內(nèi)核都具有足夠的性能，可以處理不斷增加的多種服務，且不會中斷實時計算和網(wǎng)絡流量。Linux還允許在內(nèi)核版本中不斷添加功能，從而加快應用程序開發(fā)。AM64x的主線Linux支持簡化了從一個內(nèi)核到另一個內(nèi)核的代碼庫轉(zhuǎn)換。
AM64x系列具有多個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，然后隨著設計需求的發(fā)展遷移到性能更高的器件，同時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
功能 | 詳細特性 | AM6442 | AM6441 | AM6421 | AM6412 | AM6411 |
實時計算 | MCU內(nèi)核 | 4個Cortex-R5F | 4個Cortex-R5F | 2個Cortex-R5F | 1個Cortex-R5F | 1個 |
頻率 （MHz，每個內(nèi)核） | 800 | 800 | 800 | 800、400 | 800、400 | |
DMIPS（總計）： Cortex-R5F (2DMIPS/Hz) | 6,400 | 6,400 | 3,200 | 1,600 | 1,600 | |
高級操作系統(tǒng)和服務 | MPU內(nèi)核 | 2個Cortex-A53 | 1個Cortex-A53 | 1個Cortex-A53 | 2個Cortex-A53 | 1個Cortex-A53 |
頻率 （MHz，每個內(nèi)核） | 1,000 | 1,000 | 1,000 | 800、1,000 | 800、1,000 | |
DMIPS（總計）： Cortex-A53 (3DMIPS/Hz) | 6,000 | 3,000 | 3,000 | 6,000 | 3,000 | |
系統(tǒng)控制 | 具有功能隔離的專用微控制器(MCU) 內(nèi)核 | 1個Cortex-M4 (400MHz) | 1個Cortex-M4 (400MHz) | 1個Cortex-M4 (400MHz) | 1個Cortex-M4 (400MHz) | 1個Cortex-M4 (400MHz) |
連接 | 實時工業(yè)以太網(wǎng) | 是 | 是 | 是 | 否 | 否 |
TSN | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | |
信息安全 | IP身份驗證和保護（保密性）、防克隆保護、加密加速器、可信執(zhí)行環(huán)境 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 |
物理安全 | 獨立于主域的Cortex-M4 MCU通道、錯誤監(jiān)測 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 |
結(jié)束語
TI全新的AM64x系列器件具有實時計算性能、集成的網(wǎng)絡選項以及在小功率范圍內(nèi)實現(xiàn)可配置網(wǎng)絡服務的能力。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(xiàn)代自動化應用、緊湊、精確和互聯(lián)的邊緣設備。
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