OPTIGA? TPM SLB 9673 RaspberryPi?評(píng)估板：I2C TPM HAT的深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，安全芯片的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和嵌入式系統(tǒng)中。英飛凌的OPTIGA? TPM SLB 9673系列產(chǎn)品就是其中的佼佼者。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下基于該芯片的RaspberryPi?評(píng)估板——I2C TPM HAT。

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一、評(píng)估板概述

1.1 硬件組成

這塊評(píng)估板的核心是采用PG - UQFN - 32 - 1, - 2封裝的OPTIGA? TPM SLB 9673 FW 26.xx可信平臺(tái)模塊（TPM），板卡版本為3.2。該TPM的功能和引腳定義完全符合TCG PC Client Platform TPM Profile Specification for TPM 2.0（TCG, 2020）標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 主要特性

• 芯片特性：采用OPTIGA? TPM SLB 9673 FW 26.xx TPM，具備增強(qiáng)的安全特性，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
• 封裝形式：PG - UQFN - 32 - 1, - 2封裝，體積小巧，便于集成。
• 通信接口：支持I2C接口，方便與主機(jī)進(jìn)行通信。
• 兼容性：完全符合RaspberryPi? HAT規(guī)范，可自動(dòng)加載必要的設(shè)備樹覆蓋層，并且其40針堆疊式接頭與RaspberryPi? 2、3、4、Zero和Zero2兼容。
• 電源供應(yīng)：支持3.3 V或1.8 V電源供應(yīng)，靈活性高。
• 復(fù)位功能：配備復(fù)位按鈕，同時(shí)支持通過(guò)評(píng)估板按鈕或RaspberryPi? GPIO進(jìn)行復(fù)位操作。

1.3 適用范圍與目的

OPTIGA? TPM SLB 9673 FW 26.xx通過(guò)I2C接口與主機(jī)通信，該系列有兩款不同的產(chǎn)品：

• OPTIGA? TPM SLB 9673 FW26，適用于物聯(lián)網(wǎng)的增強(qiáng)安全特性TPM，OPN為SLB9673XU20FW2610XTMA1。
• OPTIGA? TPM SLB 9673 FW16，適用于物聯(lián)網(wǎng)的增強(qiáng)安全特性TPM，具備更寬的溫度范圍，OPN為SLB9673AU20FW2610XTMA1。

這兩款產(chǎn)品均為完全符合TCG標(biāo)準(zhǔn)的TPM產(chǎn)品，獲得了CC（EAL4 +）認(rèn)證和額外的FIPS認(rèn)證，只是在支持的溫度范圍和可靠性方面有所差異，以滿足不同目標(biāo)應(yīng)用的需求。

二、原理圖、布局與尺寸

2.1 原理圖

評(píng)估板的原理圖展示了各個(gè)組件之間的連接關(guān)系，對(duì)于理解評(píng)估板的工作原理至關(guān)重要。通過(guò)原理圖，我們可以清晰地看到TPM芯片與其他電路元件的連接方式，以及信號(hào)的傳輸路徑。

2.2 組件布局與板卡布局

• 組件放置：從組件放置的頂視圖中，我們可以看到各個(gè)組件的具體位置，這有助于我們?cè)谶M(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)合理安排空間，避免信號(hào)干擾。
• 布局頂視圖：頂視圖展示了評(píng)估板正面的布局情況，包括元件的分布和走線的規(guī)劃。
• 布局底視圖：底視圖則呈現(xiàn)了評(píng)估板背面的布局信息，對(duì)于多層板設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，背面的布局同樣重要。

2.3 板卡尺寸

評(píng)估板的尺寸嚴(yán)格遵循RaspberryPi? HAT規(guī)范，具體尺寸可參考相關(guān)文檔（https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/hat - board - mechanical.pdf ）。合適的尺寸確保了評(píng)估板能夠與RaspberryPi?完美適配。

三、評(píng)估板復(fù)位輸入

評(píng)估板為SLB9673 TPM芯片提供了兩種復(fù)位源：

3.1 物理用戶按鈕S1

按下物理用戶按鈕S1，TPM將立即復(fù)位，并且該復(fù)位操作遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的復(fù)位時(shí)序。這為我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中提供了一種便捷的復(fù)位方式。

3.2 通過(guò)RaspberryPi? GPIO復(fù)位

RaspberryPi?板本身也可以作為SLB9673的額外復(fù)位源。通過(guò)在JP1上使用跳線來(lái)啟用該功能，復(fù)位信號(hào)將從RaspberryPi?接頭的7號(hào)引腳（對(duì)應(yīng)GPIO4）輸入。具體的復(fù)位輸入配置如下表所示：

四、板卡訂購(gòu)信息

如果您需要訂購(gòu)該評(píng)估板，可以參考以下信息：

五、樹莓派I2C硬件問(wèn)題及解決方案

樹莓派SoC上的I2C硬件外設(shè)存在兩個(gè)問(wèn)題，可能會(huì)影響與TPM芯片的通信：

5.1 I2C時(shí)鐘穩(wěn)定性問(wèn)題

樹莓派I2C硬件外設(shè)的CLK頻率不穩(wěn)定，因?yàn)樗cCPU頻率內(nèi)部硬連接。當(dāng)樹莓派進(jìn)入節(jié)能模式并降低CPU時(shí)鐘頻率時(shí)，I2C時(shí)鐘頻率也會(huì)按相同比例下降。

解決方案：

• 配置固定的CPU時(shí)鐘頻率。
• 使用軟I2C實(shí)現(xiàn)替代硬件外設(shè)。

5.2 時(shí)鐘拉伸問(wèn)題

樹莓派的I2C - Master外設(shè)有時(shí)會(huì)忽略I2C時(shí)鐘拉伸機(jī)制。

解決方案：使用軟I2C。

5.3 建議

在設(shè)備樹覆蓋層中選擇軟I2C驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，該評(píng)估板EEPROM中嵌入的設(shè)備樹覆蓋層以及樹莓派操作系統(tǒng)Linux內(nèi)核的設(shè)備樹覆蓋層都使用了軟I2C驅(qū)動(dòng)。

總結(jié)

英飛凌的OPTIGA? TPM SLB 9673 RaspberryPi?評(píng)估板為我們提供了一個(gè)便捷的平臺(tái)，用于評(píng)估TPM芯片的功能和性能。通過(guò)對(duì)評(píng)估板的硬件、特性、復(fù)位方式以及I2C硬件問(wèn)題的分析，我們可以更好地將其應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中。在使用過(guò)程中，我們需要充分考慮樹莓派I2C硬件的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的解決方案，以確保評(píng)估板與TPM芯片之間的穩(wěn)定通信。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過(guò)類似的硬件問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享您的經(jīng)驗(yàn)。