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)設計領域，不斷追求高性能、高集成度和靈活性是工程師們的目標。AMD Kria K24 SOM（System-on-Module）作為一款緊湊的嵌入式平臺，為眾多應用場景提供了強大的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產品。

文件下載：AMD ， Xilinx Kria? K24 SOM.pdf

一、K24 SOM 概述

1.1 產品簡介

AMD Kria K24 SOM 集成了定制的 AMD Zynq UltraScale+ MPSoC，搭配 LPDDR4 內存、非易失性存儲設備、安全模塊和鋁制散熱外殼。它設計為可插入帶有特定解決方案外設的載卡，適用于電機控制、工業(yè)通信和機器人等關鍵應用。

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。
• 內存：配備 2GB 32 位寬、1066 Mb/s 的 LPDDR4 內存，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 240 針連接器和一個 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。
• 電源設計：SOC 電源由單個 +5V 輸入提供，PL I/O 電源可通過載卡定義的電源軌進行定制。
• 機械尺寸：緊湊的機械尺寸，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 浮點和加密擴展。
• RPU：基于 Arm Cortex - R5F 的實時處理單元，雙核 Cortex - R5F 處理器，支持浮點單元，$F_{MAX}=533 MHz$，可獨立和鎖定步長運行。
• 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 內存控制器，具有可配置的服務質量配置功能。
• 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：內置模數(shù)轉換器（ADC），用于監(jiān)測和報告電源和溫度條件。
• RTC：實時時鐘，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 MIO 銀行，SOM 使用第一個銀行用于板載外設，另外兩個 MIO 銀行可通過 SOM 連接器接口進行定制。所有三個 MIO 銀行均由 SOM 提供 1.8V 電源軌。具體的 MIO 分配可參考 Zynq UltraScale+ 設備技術參考手冊（UG1085）中的 MIO 表。

3.3 MIO 外設

MIO 中提供了許多外設接口，可用于各種應用配置，包括 PS - GTR 收發(fā)器、千兆以太網 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 主機控制器和 I2C 控制器等。

四、可編程邏輯

五、啟動源和存儲設備

通過這種設計，K24 SOM 可以實現(xiàn)主/次啟動過程，將啟動固件和操作系統(tǒng)（OS）存儲隔離，或進行類似的設備固件分段。

六、安全特性

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

• 配置文件的加密和認證
• 為用戶應用提供強化的加密加速器
• 通過 eFUSE 安全存儲加密密鑰
• 檢測和響應設備篡改事件的方法

MPSoC 具有專用的配置安全單元（CSU），用于支持安全啟動、篡改監(jiān)測、安全密鑰存儲和加密硬件加速。此外，TPM 2.0 設備符合可信計算組（TCG）TPM 2.0 標準，可實現(xiàn)基于硬件的安全遠程認證、測量啟動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 240 針連接器（SOM240_1）和一個 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，兩個連接器支持控制和狀態(tài)信號、復用 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 標準

K24 SOM 支持連接信號的相應銀行支持的所有 I/O 標準，但需要參考電壓（$V_{REF}$）的 I/O 標準除外。在加電和配置期間，內部上拉電阻禁用，每個 SelectIO? 引腳設置為三態(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為 K24 SOM 上電：

1. 當 $V_{CC_SOM}$ 電壓在指定范圍內時，載卡釋放 POWER_OFF_C2M_L 信號。
2. K24 SOM 啟動板載電源排序。
3. K24 SOM 置位 VCCOEN_PS_M2C 信號，指示載卡開啟 PS 外設的電源軌。
4. K24 SOM 置位 VCCOEN_PLM2C 信號，指示載卡開啟 PL 外設和 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 動態(tài)開啟或關閉 PL 電源域的機制。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）關閉所有 SOM 電源軌（包括 PL 電源域）的機制。

九、機械和熱設計

9.1 溫度規(guī)格

9.2 熱設計

K24 SOM 配備了鋁制熱界面板，可將模塊產生的不均勻熱分布轉移到熱界面板上，使熱通量更加均勻，并通過更大的表面積進行散熱。用戶需要設計系統(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。

9.3 機械尺寸

此外，K24 SOM 還提供 3D CAD 文件，可用于平臺或載卡設計參考。

十、可靠性和合規(guī)性

10.1 可靠性測試

K24 SOM 進行了一系列可靠性測試，包括溫度循環(huán)、電源循環(huán)、應力電源循環(huán)、溫度和濕度、正弦振動、機械振動、機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 符合多項安全、電磁兼容性（EMC）和環(huán)保標準，包括 IEC 62368 - 1、FCC Part 15、CAN ICES - 3(A)/NMB - 3(A)、CISPR 32、EN55032、EN55035、EMC Directive 2014/30/EU 等標準。產品還提供了相應的認證標記，如 UL 標記、CE 標記、UKCA 標記、FCC 標記等。

總結

AMD Kria K24 SOM 是一款功能強大、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計和機械規(guī)格，為工程師們提供了一個優(yōu)秀的設計選擇。在使用過程中，工程師們需要根據具體的應用需求，合理選擇啟動源和存儲設備，正確進行電源管理和排序，并注意熱設計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用 K24 SOM。你在使用類似的 SOM 產品時遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。