SAMA5D3 – Xplained. Embedded Linux

By Roman ShulenkovARM, Embedded Linux

SAMA5D3 – Xplained. Embedded Linux.

SAMA5D3 – MPU (microprocessor unit) от ATMEL. SAMA5 – универсальные высокопроизводительные встраиваемые микропроцессоры с низким потреблением энергии. Встраиваемые микропроцессоры (eMPU) серии Atmel® | SMART™ SAMA5D3 на базе ядра ARM® Cortex™-A5 функционируют на частоте до 536 МГц (850 MIPS) при потребляемой мощности менее 150 мВт, представляя собой высокопроизводительную платформу с низким потреблением энергии для бюджетных промышленных и потребительских систем.

Ключевые особенности

Высокопроизводительная архитектура — устройства серии SAMA5D3, построенные на базе ядра ARM Cortex-A5, оснащенного блоком операций с плавающей запятой, идеально подходят для приложений, требующих высокоточных вычислений и быстрой обработки данных. Архитектура включает в себя 64-разрядную внутреннюю шину и 32-разрядный контроллер памяти DDR, работающий на частоте до 166 МГц и обеспечивающий пропускную способность до 1328 МБ/с.

Минимальное потребление энергии — устройства серии SAMA5D3 потребляют менее 150 мВт при работе на максимальной скорости и менее 0,5 мВт в режиме пониженного энергопотребления, что делает их идеальным выбором для устройств и систем, работающих от аккумулятора.

Обширный набор периферийных устройств для реализации сетевых и пользовательских интерфейсов — содержит контроллер гигабитного Ethernet и 10/100 Ethernet, до трех высокоскоростных USB-портов, сдвоенный CAN-интерфейс, три контроллера памяти SDIO/SD/MMC, интерфейсы UART, SPI, TWI, программный модем, контроллер ЖК-дисплея с графическим ускорителем, интерфейс камеры, 12-разрядный АЦП, 32-разрядные таймеры и пр.

Современные средства обеспечения безопасности — включают в себя безопасный загрузчик, блок шифрования по алгоритмам AES/3DES, блок алгоритма SHA, а также блок генерации истинно случайных чисел (TRNG).

Низкая стоимость системы — корпус с шариковыми выводами размером 0,8 мм снижает сложность разработки печатной платы. Простая схема управления питанием и согласование сопротивлений по линиям DDR избавляет от необходимости использования внешних компонентов. Три USB-порта позволяют не тратить средства на внешний USB-концентратор.

Развитая экосистема — поставляется с бесплатными программными пакетами, портированными на ОС Linux® и Android™, с комплектом Qt SDK, а также с полным набором примеров, написанных на языке C, для пользователей, не желающих привязываться к операционной системе. Это предложение дополняется различным аппаратным и программным обеспечением от партнеров.

  • ЦПУ: Ядро Cortex-A5
  • ЦПУ: DSP, Да
  • ЦПУ: FPU, Да
  • ЦПУ: F, МГц от 0 до 536
  • Память: RAM, КБайт 128
  • I/O (макс.), шт. 160
  • Таймеры: 32-бит, шт. 6
  • Таймеры: Каналов ШИМ, шт 4
  • Таймеры: RTC, Да
  • Интерфейсы: UART, шт. 7
  • Интерфейсы: SPI, шт 6
  • Интерфейсы: I2C, шт. 3
  • Интерфейсы: USB, шт. 3
  • Интерфейсы: CAN, шт. 2
  • Интерфейсы: Ethernet, шт. 2
  • Интерфейсы: LIN, шт. 4
  • Аналоговые входы: Разрядов АЦП, бит 12
  • Аналоговые входы: Каналов АЦП, шт. 12
  • Аналоговые входы: Быстродействие АЦП, kSPS 1000
  • VCC,В от 1.8 до 1.32
  • ICC, мА 88
  • TA,°C от -40 до 105
  • Корпус LFBGA-324 TFBGA-324

Отличительные особенности:

Ядро

  • Процессор ARM® Cortex™-A5 с набором инструкций ARM v7-A Thumb2®
  • Частота ядра до 536 МГц
  • Кэш-память данных 32 Кбайт, кэш-память инструкций 32 Кбайт, виртуальная архитектура системной памяти (VMSA)
  • Полностью интегрированные устройство управления памятью (MMU) и модуль вычислений с плавающей точкой (VFPv4)

Память

  • 160 Кбайт однократно-программируемой (ROM) памяти, доступ за один такт на частоте системы.
  • Встроенный загрузчик: загрузка с NAND FLASH носителей, карт памяти SDCard и eMMC, последовательной FLASH-памяти DataFlash®, определяемый порядок загрузки.
  • 128 Кбайт SRAM-памяти, доступ за один такт на частоте системы.
  • Широкополосный 32-битный многопортовый контроллер динамической памяти, поддержка до 8 банков по 512 Мбайт DDR2/LPDDR/LPDDR2 типа.
  • Независимый контроллер статической памяти с поддержкой NAND FLASH памяти SLC/MLC типов с 24-битным кодом коррекции ошибок (PMECC)
  • Система с рабочей частотой до 166 МГц
  • Схема сброса по включению питания, контроллер сброса (перезагрузки), контроллер выключения питания, таймер периодических интервалов, сторожевой таймер и часы реального времени.
  • Выбор настроек режима загрузки, команда процедуры перераспределения (remapping) памяти.
  • Малопотребляющий RC-генератор на 32 кГц и высокоскоростные RC-генераторы на 12 МГц.
  • Одна система фазовой автоподстройки частоты (PLL) на 400…1000 MГц для тактирования системы, и одна на 480 MГц для высокоскоростного USB интерфейса.
  • 39-канальный контроллер прямого доступа к памяти (DMA), включая два 8-канальных 64-битных центральных контроллера.
  • 64-битный улучшенный контроллер прерываний.
  • Три внешних программируемых тактовых сигналов.
  • Программируемый блок плавких перемычек с 256 конфигурационными битами, 192 из них доступны пользователю.
  • Система управления пониженным энергопотреблением
  • Контроллер выключения питания
  • Регистры резервного питания от аккумулятора
  • Генератор тактового сигнала и контроллер управления питанием
  • Режим сверхнизкой тактовой частоты, возможности программной оптимизации энергопотребления
  • Периферийные устройства.
  • Контроллер TFT ЖКИ с функциями видеоналожения, альфа-смешивания, поворота, масштабирования и преобразования цветового пространства.
  • Интерфейс датчика изображения ITU-R BT. 601/656
  • 3-канальный контроллер USB интерфейса с поддержкой высокоскоростного, скоростного и низкоскоростного (FS/HS/LS) режимов с интегрированным приемопередатчиком
  • Один контроллер устройства
  • Один хост-контроллер с интегрированным корневым концентратором (три нисходящих порта)
  • Один Gigabit Ethernet контроллер (GMAC, скорость передачи 10/100/1000 Мбит/с) с поддержкой IEEE1588
  • Один Ethernet контроллер со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/с (EMAC)
  • Два CAN-контроллера с 8 буферами сообщений, полностью совместимые со спецификациями CAN 2.0 Part A и 2.0 Part B
  • Интерфейс программно реализованного модема
  • 3-канальный хост-контроллер карт памяти (eMMC 4.3 и SD 2.0)
  • Два последовательных периферийных интерфейса SPI с поддержкой режимов ведущий/ведомый (Master/Slave)
  • Два синхронных последовательных интерфейса
  • Три двухпроводных интерфейса со скоростью передачи данных до 400Кбит/с и поддержкой протоколов I2C и SMBUS
  • Четыре универсальных синхронно-асинхронных приёмопередатчика USART, два универсальных асинхронных приёмопередатчика UART, один модуль внутрисхемной отладки DBGU.
  • Два 3-канальных 32-битных таймера/счётчика.
  • Один 4-канальный 16-битный модуль широтно-импульсной модуляции.
  • Один 12-канальный 12-битный АЦП с поддержкой резистивного сенсорного экрана
  • Регистры с защитой от записи
  • Безопасность
  • Генератор действительно случайных чисел (TRNG)
  • Модуль шифрования
  • AES: алгоритм шифрования с 256-/192-/128-битными ключами, совместим со спецификацией FIPS PUB 197
  • TDES: алгоритм шифрования с двумя или тремя ключами, совместим со спецификацией FIPS PUB 46-3.
  • SHA: Поддерживает алгоритм безопасного хеширования (SHA1, SHA224, SHA256, SHA384, SHA512)
  • Защищенный загрузчик компании Atmel®
  • Линии ввода/вывода
  • Пять 32-битных контроллеров параллельного ввода/вывода
  • 160 линий ввода/вывода
  • Генерация сигнала прерывание по изменению состояния входа для каждой линии ввода/вывода, произвольный триггер Шмидта на входе.
  • Индивидуально программируемые линии ввода/вывода (с открытым стоком, подтягиваяющий (pull-up) и согласующий (pull-down) резистор), синхронный выход, схема фильтрации.
  • Контроль скорости нарастания выходного напряжения на высокоскоростных линиях ввода/вывода.
  • Контроль сопротивления на линиях ввода/вывода DDR памяти.
  • Корпус 324-выводной корпус BGA (массив шариковых выводов), шаг выводов 0.8 мм.

Имеем полное описание и представление, далее  приступим к практической составляющей. Первое что нам понадобиться это преобразователь uart->usb, например на базе схемы FT232RL (DIY). Микропроцессор висит на SoC-е и имеет порт информационной отладки, uart. Вешаем туда преобразователь интерфейсов и запускаем программу для работы с терминалом (Tera Term или Realterm и т.п.). По умолчанию и у Вас загружается предустановленный дистрибутив Linux, и конечно если вы приобрели новую новую отладочную плату, если нет, просто ознакомьтесь и переходе дальше по статье, где рассказывается как загрузить на отладочную плату Linux, либо другую прошивку отличную от embedded ОС. Сейчас нам нужен IAR EWARM (6.2 – 6.5) либо gcc. При написании статьи возникли проблемы с IAR EWARM на windows 8.1, поэтому можно установить виртуальную машину Windows XP. Далее переходим на официальный сайт и скачивай software пакеты с примерами для работы (ссылка). Затем устанавливаем пакета на свой компьютер с указанием директории IAR-а. Запускаем IAR и находим пример для работы nand памятью. Открываем проект и запускаем его на исполнение. Прошивка помещается в ddram, где код начинает свое выполнение (см. видео). Нам необходимо стереть память. После того как память стерта, скачиваем sam-ba –у и репозиторий linux на at91.com и разархивируем его на компьютер. Запускаем .bat файл от прав администратора. И наблюдаем за процессом работы через tera term или аналогичное программное обеспечение. После того как вы загрузили ядро на отладочную плату, необходимо перезагрузить плату и у вас загрузится Linux.

Карта NAND памяти с установленной системой