会社ブログについて TI AM2432BKFGHIALXR デュアルコア Arm Cortex-R5F MCU、産業用通信およびセキュリティ機能搭載

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.は、産業用通信とセキュリティの両方で優れたパフォーマンスを提供する高性能制御コアであるTI AM2432BKFGHIALXRデュアルコアArm Cortex-R5F MCUの供給とリサイクルを行っています。

I. 製品概要：過酷な産業環境向けに特別に設計されたリアルタイム制御MCU

TI AM2432BKFGHIALXRは、テキサス・インスツルメンツのSitara™シリーズ高性能産業用マイクロコントローラーに属します。これは、高いリアルタイム性能、マルチプロトコル産業通信、エンドツーエンドの情報セキュリティに焦点を当てた32ビットデュアルコアMCUです。デュアルArm Cortex-R5Fプロセッシングコアを搭載し、極端な計算効率、低遅延応答、産業グレードの信頼性のバランスを取り、モーター駆動、リモートI/Oモジュール、産業用オートメーションコントローラー、スマートセンシングターミナルなどの産業アプリケーションに最適です。これらはすべて、リアルタイム制御、通信相互接続、データセキュリティに対して厳格な要件を求めています。16nm FinFET先進プロセスで構築され、高性能と低消費電力のバランスを実現し、-40℃から125℃の広い産業用温度範囲での安定した動作要件を満たしています。

AM2432BKFGHIALXRは、293ピンFCCSPパッケージに収められており、コンパクトなフォームファクターと最大の統合性を提供します。包括的なペリフェラルインターフェイス、ハードウェア暗号化モジュール、産業用通信アクセラレータを備えており、追加の拡張チップなしで、合理化された効率的で安全な産業用制御ソリューションの作成を可能にします。また、機能安全準拠設計もサポートしており、産業機器が業界の安全基準に迅速に対応するのに役立ちます。

II. コアコンピューティングアーキテクチャ：リアルタイム制御の強固な基盤を築くデュアルコアCortex-R5F

高性能コア構成

AM2432BKFGHIALXRは、最大800MHzのクロックスピードで動作するデュアルコアArm Cortex-R5F MCUサブシステムを搭載しています。柔軟なシングルコアおよびデュアルコア動作モードをサポートし、マルチタスク並列処理と最適なシングルタスク応答性のバランスを取ります。Cortex-R5Fコアは、リアルタイム制御シナリオに特別に最適化されており、非常に低い割り込み遅延、堅牢な計算安定性、メモリ保護機能を提供します。32KB命令キャッシュと32KBデータキャッシュのコアキャッシュ構成と組み合わせることで、命令実行効率が大幅に向上し、産業用制御ループのミリ秒またはマイクロ秒レベルの応答要件を満たします。

高信頼性メモリ設計

AM2432BKFGHIALXRは、ECC補正を備えた複数のメモリリソースを組み込んでおり、産業環境でのデータエラーやメモリ障害のリスクを排除します。各Cortex-R5Fコアには専用のTCM（Tightly Coupled Memory）が搭載されています。デュアルコアモードでは、各コアは64KBのTCMを備え、シングルコアモードではコアあたり128KBです。また、256KBのECC SRAMと最大2MBのオンチップOCRAM（SECED ECC付き）を備えており、256KB単位で8つの独立したメモリグループにパーティション化できます。これらは異なるコアに柔軟に割り当てることができ、複数のタスクが互いに干渉せずに実行されることを保証するために、ソフトウェアタスクのパーティション化と分離を可能にします。さらに、LPDDR4およびDDR4外部メモリ拡張をサポートし、インラインECCを備えた16ビットデータバスと最大1600 MT/sのデータ転送レートを備えており、大容量データキャッシュと高速読み書き操作の要件を満たします。

補助処理とシステム管理

AM2432BKFGHIALXRは、400MHzのシングルコアArm Cortex-M4F補助コアを組み込んでおり、システム監視、ペリフェラル管理、セキュリティ診断などのタスクを独立して処理できます。メインコアと連携することで、システム全体の効率をさらに向上させます。専用のデバイス管理セキュリティコントローラー（DMSC-L）とペアになっており、これは中央集権的なSoCシステムコントローラーとして機能し、初期ブート、セキュリティ管理、クロック/リセット/電源管理などのコアサービスを調整します。専用メッセージマネージャーを介してさまざまな処理ユニットと通信し、きめ細かなシステム制御と最適化されたリソーススケジューリングを実現します。

III. 産業用通信機能：マルチプロトコル互換性、あらゆる産業用インターネットシナリオに適しています

AM2432BKFGHIALXRのコア強みの1つは、主要な産業用通信プロトコルに対するネイティブサポートです。デュアルギガビット産業用通信サブシステム（PRU_ICSSG）と包括的な通信ペリフェラルを統合し、産業用デバイスの相互接続の障壁を打ち破り、高速で安定した決定論的なデータ伝送を可能にします。

産業用イーサネットとTSNサポート

2つのギガビットイーサネットポートを搭載し、RGMII（10/100/1000 Mbps）およびMII（10/100 Mbps）インターフェイスモードをサポートします。CPSWイーサネットスイッチを統合し、IEEE 1588（2008年のAnnex D、E、およびF）および802.1AS PTP時間同期プロトコルと互換性があり、マイクロ秒レベルの正確な時間同期を実現します。PRU_ICSSGサブシステムは、Profinet IRT/RT、EtherNet/IP、EtherCAT、TSN（Time-Sensitive Networking）などの主要な産業用イーサネットプロトコルを完全にサポートし、従来の10/100Mb PRU-ICSSデバイスとも互換性があります。これにより、新しい産業機器とレガシー産業機器間の相互運用性が確保され、デジタルファクトリーの高速通信とリアルタイムネットワーキングの要件を満たします。

複数の産業用バスおよびペリフェラルインターフェイス

- フィールドバスサポート：専用の192 MHzクロックを搭載し、12 Mbps PROFIBUS通信をサポートして従来の産業用バスシナリオに対応します。産業機器の短距離、高信頼性データ伝送要件を満たすために、CAN-FDをサポートする2つのMCANモジュールを統合しています。

- 汎用通信ペリフェラル：9つのUARTチャネル（16550互換インターフェイスを含む）、6つのI2Cチャネル、および7つのマルチチャネルSPIインターフェイスを備え、標準的なセンシングおよび制御デバイスの通信をカバーします。1 x 12ビットADC（最大サンプリングレート4 MSPS、8つの多重化アナログ入力）は、産業用アナログデータ取得シナリオに適しています。

- 専用制御インターフェイス：18の組み込みΣ-Δフィルターモジュール（SDFM）インターフェイス、6つのマルチプロトコル位置エンコーダーインターフェイス、9つのEPWMチャネル、3つのECAPチャネル、および3つのEQEPモジュールを備え、モーター制御、サーボドライブ、モーションコントロールなどのコア産業アプリケーションに精密に調整されており、高精度な位置検出とパルス制御を可能にします。

高速拡張インターフェイス

AM2432BKFGHIALXRは、PCIe Gen2およびUSB 3.1 DRDデュアルロールデバイスインターフェイスをサポートしており、ホストまたはデバイスモードで柔軟に構成して、超高速データ転送とペリフェラル拡張を可能にします。MMCSDおよびOSPI/QSPIフラッシュメモリインターフェイスと組み合わせることで、大容量ストレージ拡張と高速ブートの両方の要件に対応し、産業機器の多様な通信および拡張ニーズを包括的に満たします。

IV. エンドツーエンドセキュリティフレームワーク：ハードウェアレベルの保護による産業データセキュリティの確保

産業環境におけるデータ漏洩、悪意のある攻撃、ファームウェア改ざんなどのセキュリティリスクに対処するために、AM2432BKFGHIALXRはハードウェア強制のエンドツーエンドセキュリティフレームワークを確立します。このフレームワークは、ブートアップ、伝送、ストレージから運用までのライフサイクル全体で、デバイスとデータのセキュリティを包括的に保護し、産業用IoT（IIoT）セキュリティ規制への準拠を保証します。

信頼性の高いブートとファームウェア保護

AM2432BKFGHIALXRは、ハードウェア強制の信頼の基点（RoT）セキュアブートをサポートしており、バックアップキーによる信頼の基点の切り替えを可能にし、ソースからの不正なファームウェアのロードを防ぎます。テイクオーバー保護、IP保護、アンチロールバック保護メカニズムを備えており、デバイスの悪意のある制御、コア知的財産の盗難、ファームウェアのダウングレードまたは改ざんを防ぎ、安全なデバイスブートと運用コンプライアンスを保証します。

ハードウェア暗号化とキー管理

AM2432BKFGHIALXRは、専用のセキュリティコプロセッサー（DMSC-L）とセッション認識暗号化エンジンを組み込み、ハードウェアレベルの暗号化アクセラレーションをサポートします。これにより、メインプロセッサーの計算リソースを消費することなく、高速な暗号化、復号化、認証が可能になります。AES（128/192/256ビット）、3DES、MD5、SHA1、SHA2（224/256/384/512ビット）などの主要な暗号化アルゴリズムと互換性があります。PKA公開鍵アクセラレーターを搭載し、RSA/ECC暗号化処理を容易にし、セキュアブートおよびデータ署名シナリオに適しています。真の乱数ジェネレーター（TRNG）を備えたDRBGを統合し、キー生成のランダム性とセキュリティを保証します。キー管理は、専用のデバイスレベルの相互接続を通じて実現され、キー漏洩のリスクを排除します。

伝送およびストレージセキュリティ

AM2432BKFGHIALXRは、パケットベースのハードウェア暗号化エンジンをサポートしており、ネットワークデータペイロードのリアルタイム暗号化と認証を可能にし、産業用通信伝送のセキュリティを確保します。XIPモードでのOSPIインターフェイス（OTFE）のリアルタイム暗号化をサポートし、外部フラッシュメモリデータの動的な暗号化と復号化を可能にし、ブート速度とストレージセキュリティのバランスを取ります。セキュアストレージ、セキュアウォッチドッグ、タイマー、IPCメカニズムと組み合わせることで、データストレージとデバイス運用セキュリティをさらに強化します。

アクセス分離とデバッグセキュリティ

AM2432BKFGHIALXRは、包括的なファイアウォールモジュールを組み込んでおり、カーネル、ペリフェラル、メモリ領域のきめ細かな分離を可能にし、不正アクセスと不正操作を防ぎます。ソフトウェア制御のデバッグアクセスとセキュリティ認識デバッグ機能をサポートしており、デバッグポートが悪意を持って悪用されてデバイスが侵害されるリスクを排除し、産業機器向けの包括的なセキュリティ防御を確立します。

V. 機能安全と産業適応性：厳格な産業コンプライアンス要件を満たす

AM2432BKFGHIALXRは、産業用機能安全シナリオ向けに特別に開発されています。TÜV SÜDからIEC 61508認証を取得しており、ハードウェアの完全性はSIL 2に準拠し、システムはSIL 3要件を満たすことができ、高安全レベルの産業用制御シナリオに適しています。包括的な組み込み安全診断メカニズム：重要なメモリ機能はECC/パリティチェックを備えています。CPUとオンチップRAMは組み込みセルフテスト（BIST）をサポートします。エラーシグナルモジュール（ESM）には専用のエラーピンが含まれています。電圧、温度、クロック状態のリアルタイム監視。ウィンドウウォッチドッグとCRCメモリ整合性検証エンジンと組み合わせることで、リアルタイムの障害検出とアラーム機能が可能になり、産業機器の長期的な安定動作を保証します。

VI. コアメリットの概要

1. 最大限のリアルタイムパフォーマンス：800MHzデュアルコアCortex-R5F + 低遅延アーキテクチャ、要求の厳しい産業用制御タイミング要件に適しており、マルチタスクを容易に並列処理できます。

2. 包括的な通信互換性：デュアルギガビットPRU_ICSSG + マルチプロトコルサポート、主要な産業用イーサネットおよびフィールドバス標準をカバーし、デジタルファクトリー向けのTSNサポートを備えています。

3. ハードウェアによるセキュリティ：信頼性の高いブート、ハードウェア暗号化、アクセス分離を含むエンドツーエンドのハードウェアセキュリティ保護により、産業用データと機器のセキュリティを確保します。

4. 産業グレードの高信頼性：広温度動作、ECCメモリ、機能安全認証により、過酷な産業環境に耐え、障害リスクを軽減します。

5. 超高統合：コンパクトなパッケージと豊富なペリフェラルにより、外部コンポーネントの必要性が減り、ソリューションコストとフットプリントが削減され、開発と設計が簡素化されます。

VII. 一般的なアプリケーションシナリオ

- 産業用モーションコントロール：サーボドライブ、モーターコントローラー、CNC工作機械。高リアルタイムパフォーマンスとエンコーダーインターフェイスを活用して、高精度なモーションコントロールを実現します。

- 産業用オートメーション：PLCコントローラー、リモートI/Oモジュール、分散制御システム。マルチプロトコル通信とセキュリティ管理をサポートし、ファクトリーネットワーキングに適しています。

- スマート産業用ターミナル：産業用ゲートウェイ、センサー取得ターミナル、スマート計器。高速データ伝送、暗号化されたアップロード、エッジコンピューティングを可能にします。

- 産業用ロボット：ジョイントコントローラー、ビジョンコーディネーションモジュール。TSN時間同期とセキュリティ保護を通じて、安全で安定した協働ロボットの運用を保証します。