2023 年，64 位处理器在工业/医疗领域的全球市场价值为 43 亿美元，预计将以 5.9% 的 CAGR（复合年增长率）增长⁽¹⁾。随着工业市场的不断发展和整合，技术要求也在不断提高。低端处理器现在正被更高端处理器所取代，后者能够通过强大的 ARM 内核计算每秒百万条指令 (MIPS)。旧的数据接口正在升级，以便通过多个实例支持每秒千兆位的带宽。为了给机器操作员提升可视化效果，需要使用高端显卡。在工厂自动化、楼宇自动化和组网等领域，人们越来越需要利用处理器的上述先进技术。处理器的应用范围越来越广泛，几乎覆盖我们生活的每个角落。

TI 的嵌入式处理器 (EP) 能够满足上述要求，并将这一趋势加速应用到新市场。通过多个 ARM 内核，EP 能够满足对更高计算能力的新需求。通过图形处理单元 (GPU)，EP 能够实现更高级别的可视化效果，满足将机器“看到和感知”的信息传递给操作员的需求。通过多个高速接口，EP 能够填补带宽缺口和满足连接要求，确保不仅仅连接一个产品，而是整栋大楼自身都会保持同步。TI 的通用处理器能够弥合从 15 年前到现在的差距！

本文重点介绍高度集成的 AM6x 处理器和几个用例，包括人机界面 (HMI)、可编程逻辑控制器 (PLC) 和工业 PC (IPC)。本文还讨论了如何使用 AM6x 器件产品组合的异构架构和易用型软件架构来优化系统。

AM68 是一款双核 Arm® Cortex® A72 微处理器。该处理器是一款高性能、高度集成的器件，可提供卓越的处理能力、连接能力和图形能力。与专为计算和显示要求较低的应用而设计的 AM62⁽²⁾相比，AM68 可实现高达 25k Dhrystone 每秒百万条指令 (DMIPS)，并支持高达 4K 的显示分辨率。AM68x 系列专为工厂自动化、楼宇自动化和其他市场中广泛的成本敏感型高性能计算应用而构建。图 2-1 展示了以下基于 AM68 的异构架构的多个子系统。

• 2GHz 双核 Arm Cortex A72 微处理器可提供高达 25K 的DMIPS。
• BXS-4-64 GPU 每秒可执行高达 500 亿次浮点运算 (GFLOPS)，为增强视觉应用实现动态 2D 和 3D 渲染。
• 1 个 4L SERDES 接口同时提供三个接口中的两个接口的组合
  • 1 个多达 4 通道的 PCIe Gen 3，每通道高达 8(GT/s)
  • 1 个 USB 3.0 双重角色器件 (DRD) 子系统
  • 1 个多达 4 通道的 DisplayPort/eDP 接口（高达 4K 分辨率）
• 显示子系统 (DSS) 支持多个显示屏，可灵活地连接不同面板类型，例如 eDP、DSI 和 DPI。
• H.264、H.265 编码器和解码器可以同时对多个通道进行编码和解码。此编码器和解码器支持 5.2 级 H.264 基线/主/高配置文件，以及 5.1 级 H.265 主配置文件。H.264、H.265 编码器和解码器的处理速度可达 480Mp/s，例如，可以在 30fps 下处理 8 个 2MP 通道。
• AM68 中包括 2 个 4 通道 MIPI CSI-2 RX。两个高分辨率（例如，12MP）摄像头可直接连接到 CSI-2 RX 端口。
• 具备千兆以太网能力，配备两个以太网 RMII/RGMII 接口
• 改进的存储器架构和高速接口让内核和 HWA 实现高利用率，从而提高了系统吞吐量。AM68 支持高达 34GBps 的 DDR 存储器带宽。

图 2-1 AM68 子系统方框图

AM69 处理器是 AM6x 可扩展嵌入式处理器系列中的高性能器件。除了八核 Arm® Cortex® A72 微处理器之外，AM69 还具备更高水平的处理能力、图像和视频处理以及图形功能。AM62⁽²⁾ 和 AM68 分别是具有 1 至 4 个 A53 内核和 2 个 A72 内核的应用的理想选择，而与之相比，AM69 可提供多达 8 个 A72 内核，从而利用 100k DMIPS 的 ARM 计算能力，将您的应用程序提升到更高的水平。如图 3-1 所示，AM69 处理器基于异构架构，包含多个子系统，具体如下：

• 一个主频为 2GHz 的八核 (8x) Arm Cortex-A72 微处理器，可实现高达 100K Dhrystone 每秒百万条指令 (DMIPS) 能力。
• BXS-4-64 GPU 每秒可执行高达 500 亿次浮点运算 (GFLOPS)，为增强视觉应用实现动态 2D 和 3D 渲染。
• 4 个 4L SERDES 接口可提供多种高速接口的组合
  • 2 个 4L PCIe Gen 3 或多达 4 个 2L PCIe Gen 3（每通道高达 8(GT/s)）
  • 8 个 SGMII 以太网端口 (TSN)，带八个端口
    • 所有端口均支持 1Gb、2.5Gb SGMII
    • 两个端口均支持 5Gb、10Gb USXGMII 或 5Gb XFI
  • 1 个 USB 3.0 双重角色器件 (DRD) 子系统
  • 1 个多达 4 通道的 DisplayPort/eDP 接口（高达 4K 分辨率）
• 显示子系统 (DSS) 支持多个显示屏，可灵活地连接不同面板类型，例如 e/DP、DSI 和 DPI。
• 2 个具备 H.264 和 H.265 支持的编码器和解码器可以同时对多个通道进行编码和解码。此编码器和解码器支持 5.2 级 H.264 基线/主/高配置文件，以及 5.1 级 H.265 主配置文件。2 个编解码器能够以 480 MP/s 的速度和 4K60 吞吐量处理每个模块。
• AM68 中包括 3 个 4 通道 MIPI CIS-2 RX。三个高分辨率（例如，12MP）摄像头可直接连接到 CSI-2 RX 端口。
• 改进的存储器架构和高速接口让内核和 HWA 实现高利用率，从而提高了系统吞吐量和能效。AM69 支持高达 64GBps 的 DDR 存储器带宽。

图 3-1 AM69 子系统方框图

在当今快速发展的技术环境中，各种应用领域（包括既有领域和新兴产品）对通用计算和外设的需求在不断增长。本节介绍了一系列常见用例，每个用例都具有独特的输入要求，例如计算强度、高速接口要求和显示规格。我们将了解我们的处理器系列（AM6x 系列）如何满足这种多样化的应用需求。

为了说明这些功能，本节将提供来自各个行业的实际示例。这些示例涵盖各种应用，例如制造环境中的人机界面 (HMI)、用于工业自动化的可编程逻辑控制器 (PLC) 以及各种行业中使用的工业 PC (IPC)。这些案例研究将提供具体的见解，展示我们的处理器系列如何在实际应用中发挥作用，推动技术的发展和提升。

人机界面 (HMI) 是机器及其用户之间的重要桥梁，以图形方式呈现机器的状态，同时让用户可以通过处理器发送命令来控制器件。HMI 在各行各业都有应用，包括工业制造、工厂自动化、楼宇自动化和储能，以及需要通过视觉显示与机器交互的其他应用。

HMI 通常包括一个用于运行操作系统 (OS) 并执行自定义应用程序的处理器、一个高分辨率显示器或触摸屏来进行输入、一个 GPU 来让用户真正体验到图形加速的效果，以及 USB、PCIe 和以太网等高速接口来连接到外部世界。HMI 有许多不同的级别，从低端到高端都有，而高端的 HMI 利用多核处理器来实现高水平的计算。但实施方案是一致的，如图 4-1 中的典型 HMI 方框图所示。

AM6x 处理器（例如 AM68 或 AM69 器件）非常适合 HMI 应用，可以满足中高端应用的需求，并能够有效地帮助客户满足未来的需求。图 4-1 展示了使用 AM68 或 AM69 器件的 HMI 的典型方框图。此应用非常灵活，可根据所用的特定 AM6x 系列器件进行扩展。

图 4-1 AM68/AM69 的 HMI 盒方框图

图 4-1 展示了使用 AM68 或 AM69 器件的 HMI 的典型方框图。可以根据所用的 AM6x 系列器件对此应用进行扩展或缩减。处理器可通过 PCIe 或以太网与 PLC 或其他控制器等外部模块连接，从而捕获要在屏幕上显示的正确数据。显示的数据可以是压力表、显示转速的电机编码器或机器状态。在这里，操作员可以决定接下来需要做什么：他们应该利用 USB3 上传新的测试程序或数据吗？他们应该采用 PCIe Gen 3 向固态硬盘写入一组数据吗？或者，他们是否只需按下按钮将新命令发送回机器来确认状态？

在开发用于在屏幕上解释和显示此数据的软件方面，客户起着关键作用，而当涉及到处理复杂的任务时，GPU 起到关键作用。基于 Linux 的 SDK 适用于我们的处理器，并且得到了主线内核的支持，因此可以使自定义应用程序在我们的平台上的集成变得更加高效。此外，CSI2-RX 接口有助于将多个摄像头连接到 HMI，因此非常适合需要区域监控和环境监测的应用。

对于有更高级要求的项目，我们的 AM6x 处理器分析型号使您能够深入研究摄像头输入的高级分析，将常规 HMI 变为智能 HMI，请参阅白皮书：在智能摄像头应用中使用 AM69A 实现高级 AI 视觉处理和在智能摄像头应用中使用 AM68A 实现高级 AI 视觉处理，了解边缘 AI 如何将您的项目推向工业革命的下一个阶段。

工业 3.0 的目标是使用逻辑处理器和信息技术来实现自动化流程。工业 4.0 的目标是提高制造业生产流程的自动化程度，包括智能工厂、智能制造等。AM6x 系列处理器面向这两次革命，并利用该系列处理器的分析型号迈向下一次的工业 5.0。

为了确保每台机器都按预期运行并执行其应该完成的任务，工业环境中的自动化至关重要。AM6x 器件具有计算能力强大的 A72 内核和种类繁多的连接外设，所以可用作控制器。控制器的关键要求包括 PCIe Gen3、USB3.0 和多个以太网端口，因为这将说明可以集中连接多少个模块和传感器，从而根据输入数据作出决策。

图 4-2 可编程逻辑控制器方框图

图 4-2 展示了 AM68/AM69 上的 PLC 用例示例的数据流，其中涉及从外部传感器或模块捕获数据作为输入，以数字方式将数据发送到 SoC 中功能强大的 A72 内核，作出预先确定的决策，然后将输出命令发送到系统的其余部分（可以是泵、灯或螺线管）。

品类繁多的 AM6x 处理器系列具有特定的设计和功能特点，使其非常适合用于 PLC。AM68 是一种更简单的 PLC，只需几个高速接口和 2 个 ARM A72 内核即可实现更高的计算性能。AM69 是一款可达到出色效果的 SoC，不仅需要许多具有多个 PCIe 端口或以太网端口的高速接口，还需要使用 8 个 CPU 内核来实现更高的可计算性。此外，该 TI 处理器系列中的其他器件（例如 DRA821U、DRA829J/V、AM62、AM64）可以弥补 PLC 的性能差距。有关更多信息，请参阅各自的产品页面。