探索AMD Kria K24 SOM：高性能嵌入式平臺的卓越之選

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不斷追求高性能、高集成度和靈活性是工程師們的目標(biāo)。AMD Kria K24 SOM（System-on-Module）作為一款緊湊的嵌入式平臺，為眾多應(yīng)用場景提供了強(qiáng)大的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：AMD ， Xilinx Kria? K24 SOM.pdf

一、K24 SOM 概述

1.1 產(chǎn)品簡介

AMD Kria K24 SOM 集成了定制的 AMD Zynq UltraScale+ MPSoC，搭配 LPDDR4 內(nèi)存、非易失性存儲設(shè)備、安全模塊和鋁制散熱外殼。它設(shè)計(jì)為可插入帶有特定解決方案外設(shè)的載卡，適用于電機(jī)控制、工業(yè)通信和機(jī)器人等關(guān)鍵應(yīng)用。

1.2 訂購信息

二、功能概述與框圖

2.1 硬件特性

• Zynq UltraScale+ MPSoC：提供商用（C）級或工業(yè)（I）級的 XCK24 芯片。
• 內(nèi)存：配備 2GB 32 位寬、1066 Mb/s 的 LPDDR4 內(nèi)存，工業(yè)級支持 ECC，商業(yè)級不支持。
• 非易失性存儲：集成 512 Mb QSPI、32 GB eMMC 和 64 Kb EEPROM。
• 安全模塊：具備 TPM2.0 安全模塊。
• 連接器：一個(gè) 240 針連接器和一個(gè) 40 針連接器，可訪問用戶可配置的 I/O。240 針連接器與 K26 SOM 240_1 連接器向后兼容。
• 電源設(shè)計(jì)：SOC 電源由單個(gè) +5V 輸入提供，PL I/O 電源可通過載卡定義的電源軌進(jìn)行定制。
• 機(jī)械尺寸：緊湊的機(jī)械尺寸，集成了熱界面板。

2.2 功能接口

三、處理系統(tǒng)

3.1 處理資源

• APU：基于 Arm Cortex - A53 的應(yīng)用處理單元，四核 Cortex - A53 處理器，$F_{MAX}=1333 MHz$，具有 L2 緩存、SIMD、VFP4 浮點(diǎn)和加密擴(kuò)展。
• RPU：基于 Arm Cortex - R5F 的實(shí)時(shí)處理單元，雙核 Cortex - R5F 處理器，支持浮點(diǎn)單元，$F_{MAX}=533 MHz$，可獨(dú)立和鎖定步長運(yùn)行。
• PMU：平臺管理單元，用于專用的 SOM 電源和子系統(tǒng)管理功能。
• DDRC：DDR 內(nèi)存控制器，具有可配置的服務(wù)質(zhì)量配置功能。
• GPU：基于 Arm Mali - 400 MP2 的圖形處理單元，$F_{MAX}=600 MHz$。
• 系統(tǒng)監(jiān)視器：內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），用于監(jiān)測和報(bào)告電源和溫度條件。
• RTC：實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可通過載卡引腳提供可選的電池備份。

3.2 MIO 銀行

MPSoC 共有三個(gè) MIO 銀行，SOM 使用第一個(gè)銀行用于板載外設(shè)，另外兩個(gè) MIO 銀行可通過 SOM 連接器接口進(jìn)行定制。所有三個(gè) MIO 銀行均由 SOM 提供 1.8V 電源軌。具體的 MIO 分配可參考 Zynq UltraScale+ 設(shè)備技術(shù)參考手冊（UG1085）中的 MIO 表。

3.3 MIO 外設(shè)

MIO 中提供了許多外設(shè)接口，可用于各種應(yīng)用配置，包括 PS - GTR 收發(fā)器、千兆以太網(wǎng) MAC、DisplayPort 控制器、CAN 控制器、USB 控制器、PCI Express 控制器、SD/SDIO/eMMC 控制器、UART 控制器、SPI 控制器、SATA 主機(jī)控制器和 I2C 控制器等。

四、可編程邏輯

五、啟動(dòng)源和存儲設(shè)備

通過這種設(shè)計(jì)，K24 SOM 可以實(shí)現(xiàn)主/次啟動(dòng)過程，將啟動(dòng)固件和操作系統(tǒng)（OS）存儲隔離，或進(jìn)行類似的設(shè)備固件分段。

六、安全特性

K24 SOM 提供了兩級安全保護(hù)，包括 MPSoC 內(nèi)置的專用硬件和板載可信平臺模塊（TPM）設(shè)備。這些安全特性包括：

• 配置文件的加密和認(rèn)證
• 為用戶應(yīng)用提供強(qiáng)化的加密加速器
• 通過 eFUSE 安全存儲加密密鑰
• 檢測和響應(yīng)設(shè)備篡改事件的方法

MPSoC 具有專用的配置安全單元（CSU），用于支持安全啟動(dòng)、篡改監(jiān)測、安全密鑰存儲和加密硬件加速。此外，TPM 2.0 設(shè)備符合可信計(jì)算組（TCG）TPM 2.0 標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)基于硬件的安全遠(yuǎn)程認(rèn)證、測量啟動(dòng)和其他安全加密功能。

七、電氣規(guī)格

7.1 SOM 連接器概述

K24 SOM 使用一個(gè) 240 針連接器（SOM240_1）和一個(gè) 40 針連接器（SOM40）與載卡提供電氣連接。SOM240_1 連接器與 K26 SOM 的 SOM240_1 連接器向后兼容，兩個(gè)連接器支持控制和狀態(tài)信號、復(fù)用 I/O（MIO）銀行、PS - GTR 高速串行收發(fā)器信號、高性能 I/O（HPIO）銀行信號、高密度 I/O（HDIO）銀行信號和電源系統(tǒng)等接口。

7.2 支持的 I/O 標(biāo)準(zhǔn)

K24 SOM 支持連接信號的相應(yīng)銀行支持的所有 I/O 標(biāo)準(zhǔn)，但需要參考電壓（$V_{REF}$）的 I/O 標(biāo)準(zhǔn)除外。在加電和配置期間，內(nèi)部上拉電阻禁用，每個(gè) SelectIO? 引腳設(shè)置為三態(tài)。

7.3 DCI - VRP 終端

K24 SOM 采用了 AMD Zynq UltraScale+ MPSoCs 與 InFO 封裝（XCK24UBVA530 - 2LV），通過內(nèi)部控制 I/O 引腳的阻抗，減少了對外部終端電阻的需求。DCI 配置僅用于 MPSoCs 內(nèi)的 HP I/O 銀行。

7.4 信號命名約定

SOM240 和 SOM40 連接器采用了特定的信號命名約定，包括模塊（M）、載卡（C）、信號方向（C2M 和 M2C）、差分信號對的正負(fù)分量（_P 和 _N）以及單端信號的有效低電平（_L 或 _B）等。具體的信號命名約定可參考文檔中的表格。

八、電源管理和排序

8.1 電源引腳

8.2 電源排序

載卡的電源管理電路必須按照以下順序?yàn)?K24 SOM 上電：

1. 當(dāng) $V_{CC_SOM}$ 電壓在指定范圍內(nèi)時(shí)，載卡釋放 POWER_OFF_C2M_L 信號。
2. K24 SOM 啟動(dòng)板載電源排序。
3. K24 SOM 置位 VCCOEN_PS_M2C 信號，指示載卡開啟 PS 外設(shè)的電源軌。
4. K24 SOM 置位 VCCOEN_PLM2C 信號，指示載卡開啟 PL 外設(shè)和 HPIO、HDIO 銀行的所有 $V{CCO}$ 電源軌。

8.3 PL 電源域控制

K24 提供了一種通過板載 PMU 動(dòng)態(tài)開啟或關(guān)閉 PL 電源域的機(jī)制。通過切換 MIO33 引腳（PL_PWR_EN）可以改變 PL 電源域的狀態(tài)。

8.4 軟件控制的電源關(guān)閉

K24 SOM 提供了從專用引腳、載板輸入和軟件通過 Zynq UltraScale+ MPSoC 電源管理單元（PMU）關(guān)閉所有 SOM 電源軌（包括 PL 電源域）的機(jī)制。

九、機(jī)械和熱設(shè)計(jì)

9.1 溫度規(guī)格

9.2 熱設(shè)計(jì)

K24 SOM 配備了鋁制熱界面板，可將模塊產(chǎn)生的不均勻熱分布轉(zhuǎn)移到熱界面板上，使熱通量更加均勻，并通過更大的表面積進(jìn)行散熱。用戶需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)冷卻解決方案，直接連接到熱界面板，以確保在工作條件下將溫度保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

9.3 機(jī)械尺寸

此外，K24 SOM 還提供 3D CAD 文件，可用于平臺或載卡設(shè)計(jì)參考。

十、可靠性和合規(guī)性

10.1 可靠性測試

K24 SOM 進(jìn)行了一系列可靠性測試，包括溫度循環(huán)、電源循環(huán)、應(yīng)力電源循環(huán)、溫度和濕度、正弦振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械沖擊和連接器插入壽命等測試。具體的測試條件可參考文檔中的表格。

10.2 合規(guī)性

K24 SOM 符合多項(xiàng)安全、電磁兼容性（EMC）和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，包括 IEC 62368 - 1、FCC Part 15、CAN ICES - 3(A)/NMB - 3(A)、CISPR 32、EN55032、EN55035、EMC Directive 2014/30/EU 等標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品還提供了相應(yīng)的認(rèn)證標(biāo)記，如 UL 標(biāo)記、CE 標(biāo)記、UKCA 標(biāo)記、FCC 標(biāo)記等。

總結(jié)

AMD Kria K24 SOM 是一款功能強(qiáng)大、集成度高且安全可靠的嵌入式平臺，適用于各種工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。其豐富的功能接口、高性能的處理系統(tǒng)、靈活的可編程邏輯、可靠的安全特性以及良好的熱設(shè)計(jì)和機(jī)械規(guī)格，為工程師們提供了一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)選擇。在使用過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇啟動(dòng)源和存儲設(shè)備，正確進(jìn)行電源管理和排序，并注意熱設(shè)計(jì)和可靠性測試等方面的問題。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地了解和應(yīng)用 K24 SOM。你在使用類似的 SOM 產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。