FRDM - IMX93開發(fā)板深度解析：從硬件到應用的全方位指南
FRDM - IMX93開發(fā)板深度解析：從硬件到應用的全方位指南
引言
在嵌入式開發(fā)領域，一款性能出色且成本合理的開發(fā)板對于開發(fā)者來說至關重要。NXP的FRDM - IMX93開發(fā)板就是這樣一款產(chǎn)品，它為開發(fā)者提供了一個低功耗、高性能的平臺，能夠快速驗證和開發(fā)基于i.MX 93應用處理器的項目。本文將從硬件概述、功能描述、配件使用等多個方面對FRDM - IMX93開發(fā)板進行詳細解析，希望能為電子工程師們的設計工作提供有價值的參考。
文件下載：NXP Semiconductors FRDM-IMX93 開發(fā)板.pdf
一、FRDM - IMX93開發(fā)板概述
1.1 整體定位
FRDM - IMX93開發(fā)板是一款低成本的入門級開發(fā)平臺，旨在以小巧且經(jīng)濟的封裝展示i.MX 93應用處理器的常用功能。它能幫助開發(fā)者在投入大量資源進行特定設計之前，先熟悉該處理器的特性。
1.2 硬件框圖
這個硬件框圖直觀地展示了開發(fā)板各個部分的連接關系，為我們理解其整體架構提供了基礎。
1.3 開發(fā)板特性
| 特性 | 相關處理器特性 | 描述 |
|---|---|---|
| 應用處理器 | i.MX 93應用處理器采用雙Arm Cortex - A55 + Arm Cortex - M33核心，最高主頻達1.7 GHz，還配備0.5 TOPS的神經(jīng)處理單元（NPU）。 | |
| USB接口 | USB 2.0高速主機和設備控制器 | 有1個USB 2.0 Type C連接器和1個USB 2.0 Type A連接器。 |
| DRAM內(nèi)存 | DRAM控制器和PHY | 配備2GB LPDDR4X（Micron MT53E1G16D1FW - 046 AAT:A）。 |
| 大容量存儲 | uSDHC | 有32GB eMMC5.1（FEMDRM032G - A3A55）和MicroSD卡連接器（支持SD3.0）。 |
| 啟動配置 | 默認從eMMC設備單啟動，也支持SD卡啟動。 | |
| 攝像頭接口 | MIPI CSI | 有一個CSI（x2數(shù)據(jù)通道）接口，通過FPC電纜連接器（P6）連接。 |
| 顯示接口 | ||
| MIPI DSI | x4數(shù)據(jù)通道MIPI DSI接口，通過FPC電纜連接器（P7）連接。 | |
| HDMI | 通過x4數(shù)據(jù)通道LVDS到HDMI轉(zhuǎn)換器芯片（IT6263）連接到HDMI連接器P5。 | |
| 以太網(wǎng)接口 | 兩個ENET控制器 | 有兩個支持10/100/1000 Mbits的RGMII以太網(wǎng)接口，分別通過RJ45連接器（P3、P4）連接外部PHY（YT8521），其中P3支持TSN。 |
| I/O擴展器 | CAN、I2C/I3C、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） | 10針2x5 2.54 mm連接器P12提供高速CAN收發(fā)器連接、I2C/I3C擴展和雙通道ADC支持。 |
| 板載Wi - Fi | SDIO、UART、SPI、SAI | 板載Wi - Fi 6/藍牙5.4模塊。 |
| Wi - Fi/藍牙接口 | USB、SDIO、SAI、UART、I2C和GPIO | 一個M.2/NGFF Key E迷你卡75針連接器P8，支持多種接口，但使用時需重新焊接電阻。 |
| 音頻 | MQS | 支持MQS。 |
| 調(diào)試接口 | USB轉(zhuǎn)UART設備（CH342F），通過一個USB 2.0 Type - C連接器（P16）提供兩個COM端口，分別用于Cortex A55和Cortex M33系統(tǒng)調(diào)試，還有串行線調(diào)試（SWD）接口P14。 | |
| 擴展端口 | 一個40針雙排針連接器，用于I2S、UART、I2C和GPIO擴展。 | |
| 電源 | 一個USB 2.0 Type - C連接器用于供電，采用PCA9451AHNY PMIC和離散DCDC/LDO。 | |
| PCB | 尺寸為105 mm x 65 mm，10層板。 |
1.4 開發(fā)板外觀及接口
開發(fā)板提供了多個角度的圖片，包括頂面視圖、頂面連接器、板載開關按鈕和LED、底面視圖等，方便我們直觀地了解其物理布局。同時，文檔還詳細介紹了各個連接器、按鈕、DIP開關和LED的功能和位置。
- 連接器：不同類型的連接器分布在開發(fā)板的不同位置，如USB 2.0 Type C、RJ45、HDMI等，每個連接器都有其特定的功能和連接方式。
- 按鈕：K2和K3為用戶按鈕，可用于自定義用例。
- DIP開關：有4位（SW1）、2位（SW3）和1位（SW4）DIP開關，用于控制啟動模式、CAN接口信號和CAN分割終端RC濾波器等。
- LED：有PWR LED（紅色，指示3.3 V電源狀態(tài)）、RGB LED（可通過用戶應用控制）、LED GREEN（綠色，指示W(wǎng)LAN狀態(tài)）和LED ORANGE（橙色，指示藍牙狀態(tài)）。
二、FRDM - IMX93功能描述
2.1 處理器
i.MX 93應用處理器具有強大的性能，其雙Arm Cortex - A55 + Arm Cortex - M33核心架構以及NPU的加入，使其在智能物聯(lián)網(wǎng)、多媒體等領域具有很大的應用潛力。它還提供了多種內(nèi)存和外設接口，方便連接各種設備。
2.2 電源供應
| 開發(fā)板的主要電源通過USB Type - C PD連接器（P1）輸入VBUS_IN（12 V - 20 V）。使用了四個DC降壓開關穩(wěn)壓器，為不同的模塊提供合適的電源。 | 器件 | 型號 | 電源轉(zhuǎn)換 | 輸出規(guī)格 | 供電對象 |
|---|---|---|---|---|---|
| MP8759GD（U702） | VBUS_IN到SYS_5V（5 V） | PCA9451AHNY PMIC和其他離散設備 | |||
| MP1605C（U723） | VDD_5V到DSI&CAM_3V3（3.3 V / 2 A） | MIPI CSI和MIPI DSI接口 | |||
| MP2147GD（U726） | VDD_5V到VPCIe_3V3（3.3 V / 4 A） | M.2/NGFF模塊、WLAN和藍牙狀態(tài)指示燈、板載Wi - Fi模塊 | |||
| MP1605C（U730） | VPCIe_3V3到VEXT_1V8（1.8 V / 500 mA） | 板載Wi - Fi模塊 | |||
| PCA9451AHNY（U701） | 多個輸出 | 不同電壓和電流規(guī)格 | CPU DRAM PHY、SoC邏輯和Arm核心、各種外設等 |
2.3 時鐘
| 開發(fā)板提供了多種時鐘信號，以滿足不同模塊的工作需求。 | 時鐘源 | 時鐘信號 | 頻率 | 目的地 |
|---|---|---|---|---|
| Y401 | XTALI 24M | 24 MHz | 目標處理器 | |
| QZ401 | XTALI_32K、XTALO_32K | 32.768 kHz | 目標處理器的NVCC_BBSM塊 | |
| QZ701 | XIN32K、XOUT32K | 32.768 kHz | PCA9451AHNY PMIC | |
| Y402 | PHY1_XTAL_I、PHY1_XTAL_O | 25 MHz | 以太網(wǎng)RMII PHY1 | |
| Y403 | PHY2XTAL、PHY2_XTAL_O | 25 MHz | 以太網(wǎng)RMII PHY2 | |
| Y404 | HDMI XTALIN、HDMI_XTALOUT | 27 MHz | 板載LVDS到HDMI轉(zhuǎn)換器模塊IT6263 |
2.4 I2C接口
| i.MX 93處理器支持低功耗的I2C模塊，開發(fā)板上有一個10針2x5 2.54 mm連接器P12用于支持I2C、CAN和ADC連接。同時，文檔還列出了開發(fā)板上各個I2C設備及其地址。 | 器件 | I2C地址（7位） | 端口 | 速度 | 電壓 | 描述 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IT6263（U719） | 0x4C | MX - I2C1 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | LVDS到HDMI轉(zhuǎn)換器 | |
| PCAL6408AHK（U748） | 0x20 | MX - I2C1 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | I/O擴展器 | |
| PCA9451AHNY（U701） | 0x25 | MX - I2C2 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | PMIC | |
| PCAL6524HEAZ（U725） | 0x22 | MX - I2C2 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | I/O擴展器 | |
| AT24C256D（U10） | 0x50 | MX - I2C2 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | EEPROM | |
| PTN5110NHQZ（U705） | 0x52 | MX - I2C3 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | USB Type - C Power Delivery PHY | |
| PTN5110NHQZ（U712） | 0x50 | MX - I2C3 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | USB Type - C Power Delivery PHY | |
| NX20P3483UK（U710） | 0x71 | MX - I2C3 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | USB負載開關 | |
| PCF2131（U740） | 0x53 | MX - I2C3 | 1 MHz Fm + | 3.3 V | 外部RTC |
2.5 啟動模式和啟動設備配置
| i.MX 93處理器提供多種啟動配置，可以通過開發(fā)板上的SW1開關或處理器內(nèi)部eFUSE中的啟動配置來選擇。默認啟動模式是從eMMC設備啟動，也可以選擇從SD卡或通過USB進行串行下載。 | SW1 [3:0] | BOOT_MODE[3:0] | 啟動核心 | 啟動設備 |
|---|---|---|---|---|
| 0001 | 0001 | Cortex - A | 串行下載器（USB） | |
| 0010 | 0010 | uSDHC1（8位eMMC 5.1） | ||
| 0011 | 0011 | uSDHC2（4位SD3.0） |
2.6 PDM接口
處理器的脈沖密度調(diào)制（PDM）麥克風接口支持PDM/MQS，連接到3.5 mm音頻插孔P15。
2.7 LPDDR4x DRAM內(nèi)存
開發(fā)板配備1個1 Gig × 16（1通道 × 16 I/O × 1排名）的LPDDR4X SDRAM芯片，共2GB RAM。同時，還介紹了從LPDDR4X遷移到LPDDR4的兩種方法，一種需要硬件重新焊接，另一種可以通過軟件配置PMIC來實現(xiàn)。
2.8 SD卡接口
目標處理器有三個uSDHC模塊，i.MX 93處理器的uSDHC2接口連接到開發(fā)板上的MicroSD卡插槽P13，支持4位SD3.0 MicroSD卡。
2.9 eMMC內(nèi)存
eMMC內(nèi)存連接到i.MX 93處理器的uSDHC1接口，支持eMMC 5.1設備，是開發(fā)板的默認啟動設備。
2.10 M.2連接器和Wi - Fi/藍牙模塊
開發(fā)板支持M.2/NGFF Key E迷你卡75針連接器P8，默認情況下信號連接到板載Wi - Fi模塊。若要使用該M.2插槽，需要重新焊接一些電阻。同時，文檔還給出了M.2迷你卡連接器的引腳定義。
2.11 三無線電模塊接口
開發(fā)板上的三無線電（Wi - Fi 6、藍牙5.4和802.15.4）模塊與目標處理器的SD2、UART5、SAI1和SPI3控制器接口。該模塊的兩個天線引腳連接到U.FL連接器P9和P10（默認未安裝），并且與M.2連接器共享一些接口線，通過零歐姆電阻進行信號選擇。
2.12 CAN接口
i.MX 93處理器支持CAN模塊，開發(fā)板上其中一個控制器連接到高速CAN收發(fā)器TJA1051T/3，通過10針2x5 2.54 mm連接器P12連接到物理CAN總線。CAN_TXD和CAN_RXD信號復用在GPIO_IO25和GPIO_IO27上，通過2位DIP開關SW3控制，還可以通過SW4控制CAN分割終端RC濾波器。
2.13 USB接口
i.MX 93應用處理器有兩個USB 2.0控制器，開發(fā)板上一個用于USB2.0 Type - C端口（P2），另一個用于USB2.0 Type - A端口（P17）。此外，還有一個USB Type - C PD連接器（P1）用于供電，一個USB Type - C連接器（P16）用于系統(tǒng)調(diào)試。
2.14 攝像頭接口
i.MX 93處理器的MIPI CSI - 2接收器支持最多2個數(shù)據(jù)通道，MIPI CSI - 2信號連接到FPC連接器P6，可連接相機模塊。
2.15 MIPI DSI
i.MX 93處理器支持MIPI顯示串行接口（DSI），最多支持四個通道，分辨率可達1080p60或1920x1200p60。MIPI DSI信號連接到FPC連接器P7。
2.16 HDMI接口
i.MX 93處理器支持四數(shù)據(jù)通道LVDS TX顯示，信號通過LVDS到HDMI轉(zhuǎn)換器IT6263連接到HDMI連接器P5。
2.17 以太網(wǎng)
i.MX 93處理器支持兩個千兆以太網(wǎng)控制器，開發(fā)板通過Motorcomm YT8521SH - CA以太網(wǎng)收發(fā)器（U713、U716）連接到RJ45連接器（P3、P4），支持RGMII。每個以太網(wǎng)端口有唯一的MAC地址，并且在開發(fā)板上有清晰的標識。
2.18 擴展連接器
開發(fā)板上有一個40針雙排針連接器P11，用于支持I2S、UART、I2C和GPIO連接，可以用于訪問各種引腳或插入附件卡。
2.19 調(diào)試接口
開發(fā)板有兩個獨立的調(diào)試接口：
- SWD接口：i.MX 93處理器的兩個SWD信號連接到標準3針2.54 mm連接器P14。
- USB調(diào)試接口：使用CH342F芯片將USB轉(zhuǎn)換為雙UART，通過USB Type - C連接器P16進行系統(tǒng)調(diào)試。安裝驅(qū)動后，PC會枚舉兩個COM端口，分別用于Cortex - A55和Cortex - M33系統(tǒng)調(diào)試。
2.20 開發(fā)板勘誤
文檔中說明開發(fā)板目前沒有勘誤信息，這對于開發(fā)者來說是一個好消息，說明開發(fā)板的設計相對穩(wěn)定。
三、與配件配合使用
3.1 7英寸Waveshare LCD
- MIPI DSI接口連接：在LCD端和開發(fā)板端分別按照特定的FPC電纜方向插入FPC電纜。
- I2C連接：按照文檔中的連接圖進行I2C信號線的連接。
- 軟件配置更新：在U - Boot階段使用特定命令替換默認的dtb文件，以支持Waveshare LCD。
3.2 5英寸
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