目前世界人口已經達到了78億，並且還在不斷增加，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。被廣泛應用于智慧製造、智慧樓宇和智慧電網領域的工業4.0技術以及即將推出的工業5.0創新技術，都是可以滿足上述需求的現代自動化技術。
工業4.0雲架構中使用的高性能多核處理引擎可以從數千個邊緣感測器中收集資料並執行複雜的分析，從而管理工廠運營。隨著端到端自動化的發展，感測器數量和需要管理的資料也相應地呈指數級增長。一個智慧工廠可能擁有超過50,000個感測器，每天產生幾千萬億位元組的資料；即使是普通的辦公大樓也可能產生數百GB的資料。
據國際資料公司(IDC)估計，到2022年，將有40%的資料被存儲、管理、分析並留存在產生位置（也稱為“邊緣”）。雲邊緣計算的發展離不開緊湊、精確和互聯的邊緣設備。這些邊緣設備具有三個關鍵要求：即時計算、多協議工業聯網功能以及可現場部署的網路服務功能。圖 1展示了工業應用中的上述要求。
TI的AM64x系列Sitara™即時聯網處理器直接滿足了這些需求。
圖 1：智慧邊緣計算要求
可受益於AM64x系列特性的系統包括，交流伺服電機驅動器、工業可程式設計邏輯控制器(PLC)、工廠自動化中的運動控制器、物聯網、樓宇自動化中的閘道、電網自動化中的資料集中器、高精度資料獲取系統、3D攝像頭等等。
交流伺服電機驅動器示例
以現代自動化應用中的一個基本元件為例，如圖2所示的伺服驅動器。伺服驅動器控制數控機床、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，並支援週期時間低至3µs且抖動超低的高精度電機控制環路。
集成工業通信支援伺服驅動器使用EtherCAT、Profinet和Ethernet/IP等標準與工業PLC或運動控制器進行即時通信，無需其他現場可程式設計閘陣列(FPGA)或專用積體電路(ASIC)。您可使用片上Cortex-A53處理內核運行Linux®等高級作業系統(OS)，並提供遠端診斷、故障監測、振動監測和系統可配置性等智慧服務，從而實施按需業務策略。
尺寸上集成了多種功能的處理器比多晶片解決方案小50%以上，從而實現了更緊湊的驅動系統。AM64x採用16nm工藝設計，功耗低於1W至2W（具體功耗取決於配置），能夠在緊湊的尺寸下簡化熱設計工作量。
圖2：緊湊、精確、互聯的伺服驅動器
即時計算能力
AM64x系列使用Arm Cortex-R5F處理內核（而非諸如 Cortex-M7之類的其他Arm處理內核），為要求可靠性、高可用性和低延遲即時回應的嵌入式系統提供了多核功能。AM6442和AM6441的四個Cortex-R5F內核可提供高達5,300 DMIPS（即時）的性能。Cortex-R5F包含低延遲中斷技術，可以中斷和重啟較長的多週期指令。
即時多協定工業聯網功能
乙太網已成為實際的工業通信標準，取代了工廠、樓宇和電網基礎設施中的串列現場匯流排。但是標準乙太網也具有不確定性，而現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相容性而開發的標準需要特殊的FPGA或ASIC，因此增加了系統成本和尺寸。
集成工業連接是AM64x架構的核心。每個器件都具有多個乙太網埠以支援工業交換機的實施，例如高達十億位元速度的時間敏感網路(TSN)以及EtherCAT®、PROFINET®、ETHERNET/IP®等。
AM64x系列還為這些協定集成了完整的軟體棧，因此可以輕鬆設計出無縫連接到工廠基礎設施的邊緣設備。AM64x協議還支援IO-Link主站，充當從IO-Link到任何工業乙太網協定以及電機編碼位置EnDat 2.2和HIPERFACE DSL®的閘道。
可現場部署的網路服務功能
工業4.0中的遠端系統管理設備（驅動器、感測器和閘道）可以基於系統中運行的預測性維護演算法，將警報發送到雲或基礎設施。AM64x中的片上Cortex-A53內核可以執行此任務，且不會中斷服務。
此外，您還可以運行高級作業系統（例如Linux）和Web或應用程式伺服器來實現不同的業務模型。運行速率為1 GHz的兩個內核都具有足夠的性能，可以處理不斷增加的多種服務，且不會中斷即時計算和網路流量。Linux還允許在內核版本中不斷添加功能，從而加快應用程式開發。AM64x的主線Linux支持簡化了從一個內核到另一個內核的代碼庫轉換。
AM64x系列具有多個引腳對引腳相容的器件，如表2所示。您可以先使用功能較少的器件，然後隨著設計需求的發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。
|
功能 |
詳細特性 |
AM6442 |
AM6441 |
AM6421 |
AM6412 |
AM6411 |
|
即時計算 |
MCU內核 |
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 |
|
|
高級作業系統和服務 |
MPU內核 |
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 |
|
|
系統控制 |
具有功能隔離的專用微控制器 (MCU) 內核 |
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 |
即時工業乙太網 |
是 |
是 |
是 |
否 |
否 |
|
TSN |
是 |
是 |
是 |
是 |
是 |
|
|
資訊安全 |
IP身份驗證和保護（保密性）、防克隆保護、加密加速器、可信執行環境 |
是 |
是 |
是 |
是 |
是 |
|
物理安全 |
獨立於主域的Cortex-M4 MCU通道、錯誤監測 |
是 |
是 |
是 |
是 |
是 |
表 2：引腳對引腳相容的AM64x系列
結束語
TI全新的AM64x系列器件具有即時計算性能、集成的網路選項以及在小功率範圍內實現可配置網路服務的能力。AM64x系列包含五款引腳對引腳相容的器件，可用於設計下一代面向現代自動化應用、緊湊、精確和互聯的邊緣設備。
其他資源
• 查看AM64x處理器入門頁面。
• 下載以下白皮書：
o 《在工業4.0伺服驅動器中應用Sitara處理器》。
o 《主線Linux可確保穩定和創新》。
• 閱讀應用報告《Sitara處理器支援的工業通信協定》。
• 觀看介紹Sitara處理器和C2000™即時微控制器的演示視頻“分散型多軸電機控制”
•
