全国产！全志A40i＋Logos FPGA核心板（4核ARM Cortex-A7）硬件说明
原创全国产！全志A40i＋Logos FPGA核心板（4核ARM Cortex-A7）硬件说明
原创
硬件资源
SOM-TLA40iF核心板板载ARM、FPGA、ROM、RAM、晶振、电源、LED等硬件资源，并通过B2B连接方式引出IO。核心板所有器件（包括B2B连接器）均采用国产工业级方案，国产化率100%。
图 1 核心板硬件框图
图 2
图 3
ARM
ARM型号为全志科技A40i，LFBGA封装，工作温度为-40°C~85°C，引脚数量为468个，尺寸为16mm*16mm。
A40i处理器架构如下：
表 1
A40i | 4x ARM Cortex-A7，每核主频高达1.2GHz |
|---|---|
GPU：Mali400 MP2，支持OpenGL ES 1.1/2.0、Open VG 1.1 | |
Encoder：支持1080P@45fps H.264视频硬件编码 | |
Decoder：支持1080P@45fps H.264视频硬件解码 |
图 4 A40i处理器功能框图
FPGA
FPGA型号兼容紫光同创PGL25G-6IMBG324（MBG324封装）、PGL50G-6IMBG324（MBG324封装），工作温度为-40°C~100°C，引脚数量为324个，尺寸为15mm*15mm。
表 2
FPGA | 紫光同创Logos PGL25G-6IMBG324 | 紫光同创Logos PGL50G-6IMBG324 |
|---|---|---|
ROM | 64Mbit SPI FLASH | |
Logic Cells(LUT4) | 27072 | 51360 |
Flip-Flops | 33840 | 64200 |
DSP Slice | 40(APM,Arithmetic Process Module) | 84(APM,Arithmetic Process Module) |
Block RAM(18Kbit) | 60 | 134 |
CMT | 4(PLL) | 5 |
IO | 单端（1个），差分对（48对），共97个IO | |
LED | 2x 用户可编程指示灯 | |
1x DONE指示灯 | ||
图 5 Logos特性
ROM
1.3.1 eMMC
核心板通过SMHC（主机控制器）连接至eMMC，使用SDC2总线，采用8bit数据线。eMMC型号兼容江波龙(Longsys)公司的FEMDRW008G-88A39(8GByte)、康盈(Kowin)公司的KAS0311D(8GByte)。
1.3.2 SPI FLASH
FPGA端通过SPI总线连接工业级SPI FLASH，型号为芯天下(XTX)公司的XT25F64FSSIGT(64Mbit)。ARM端通过SPI总线经过模拟开关切换后，亦可连接至SPI FLASH，实现固化FPGA端可执行程序的功能。
RAM
核心板通过专用SDRAM总线连接2片DDR3，分别采用16bit数据线，共32bit。DDR3型号兼容紫光国芯(UniIC)公司的SCB13H4G160AF-11MI(512MByte)和SCB13H8G162BF-13KI(1GByte)、江波龙(Longsys)公司的F60C1A0004-M79W(512MByte)，支持DDR3-1152工作模式(576MHz)。
晶振
核心板采用2个工业级晶振Y1和Y2。Y1晶振时钟频率为32.768KHz，精度为±20ppm，Y2晶振时钟频率为24MHz，精度为±10ppm，为ARM端提供系统时钟源。
核心板采用工业级晶振Y3。Y3晶振时钟频率为24MHz，精度为±20ppm，为FPGA端提供系统时钟源。
电源
ARM端采用工业级PMIC电源管理芯片，满足系统的供电要求和CPU上电、掉电时序要求，核心板采用5V直流电源供电。
FPGA端采用分立电源输出1.2V及3.3V电源，满足FPGA端的供电要求，使用ARM端3.3V电源控制电源使能，分立电源采用5V直流电源供电。
LED
核心板板载6个LED，其中LED0为电源指示灯，默认上电时点亮。LED1和LED2为ARM端用户可编程指示灯，分别对应PC17和PC18两个引脚，高电平点亮。LED3为FPGA端DONE指示灯，FPGA端加载可执行程序后点亮。LED4和LED5为FPGA端用户可编程指示灯，分别对应P15和P16两个引脚，高电平点亮。
图 6
图 7
图 8
B2B连接器
核心板采用爱特姆公司的4个工业级B2B连接器，共320pin，间距0.5mm，合高4.0mm。其中2个80pin公座B2B连接器，型号BTB050080-F1D08200，高度1.0mm。2个80pin母座B2B连接器，型号BTB050080-F1D08200，高度3.0mm。
外设资源
核心板引出的ARM端主要外设资源及性能参数如下表所示。
表 3
外设资源 | 数量 | 性能参数 |
|---|---|---|
CSI | 1 | CSI1：(CMOS sensor parallel interface)，支持720P@30fps；备注：在核心板内部，CSI0(16bit)已连接至FPGA，且未引出至B2B连接器 |
TVIN | 4 | CVBS输入，支持NTSC和PAL制式； |
TVOUT | 4 | CVBS输出，支持NTSC和PAL制式； |
RGB DISPALY | 2 | 包含LCD0、LCD1输出，支持1080p@60fps； |
LVDS DISPALY | 2 | 包含LVDS0、LVDS1输出，支持 1080p@60fps；备注：LVDS0、LVDS1与LCD0(RGB DISPALY)引脚复用 |
MIPI DSI | 1 | 包含4个数据通道，支持1080p@60fps；符合MIPI DSI V1.01和MIPI D-PHY V1.00； |
HDMI OUT | 1 | HDMI 1.4规范，支持1080p@60fps； |
SMHC | 3 | 支持SD3.0，SDIO2.0，MMC5.0；SDC0：4位数据总线（推荐作为底板Micro SD功能）；SDC1：4位数据总线；SDC3：4位数据总线；备注：核心板板载eMMC已使用SDC2，且SDC2未引出至B2B引脚 |
TWI(I2C) | 5 | TWI0~TWI4，支持标准模式(100Kbps)和高速模式(400Kbps)；备注：在核心板内部，TWI0已连接至FPGA、PMIC，同时引出至B2B连接器 |
SPI | 3 | 每路SPI支持2个片选信号；时钟频率高达100MHz；支持Master Mode、Slave Mode；备注：在核心板内部，SPI0(CE0)已连接至FPGA端SPI FLASH，SPI0(CE1)已连接至FPGA，且SPI0未引出至B2B连接器 |
UART | 8 | 支持4Mbps波特率；支持硬件或软件流控； |
TSC | 2 | 可作为SPI(Synchronous Parallel Interface)或SSI(Synchronous Serial Interface)接口； |
CIR | 2 | 可通过红外线进行远程控制； |
RTP | 1 | 四线电阻触摸，12位SAR型A/D转换器，采样率2MHz； |
USB OTG | 1 | USB2.0(USB0)，支持高速模式(480Mbps)、全速模式(12Mbps)、低速模式(1.5Mbps)； |
USB HOST | 2 | USB2.0(USB1、USB2)，支持高速模式(480Mbps)、全速模式(12Mbps)、低速模式(1.5Mbps)； |
I2S/PCM | 2 | 全双工，采样率8KHz~192KHz； |
AC97 | 1 | 可变采样率AC97编解码器；全双工，串行接口，采样率高达48KHz； |
OWA | 1 | One Wire Audio，兼容S/PDIF协议； |
Audio Codec | 1 | 包含2通道ADC，采样率8KHz~48KHz；包含2通道DAC，采样率8KHz~192KHz；包含2路单声道MIC IN、1路立体声LINE IN、1路立体声FM IN；包含1路差分PHONE OUT、1路立体声H/P(Headphone) OUT； |
Ethernet | 2 | 1路EMAC，支持MII PHY接口(10/100Mbps)；1路GMAC，支持MII/RMII/RGMII PHY接口(10/100/1000Mbps)； |
SATA | 1 | 支持设备热插拔，支持3.0Gbps速率； |
PS2 | 2 | 兼容IBM PS/2协议； |
SCR | 1 | Smart Card Reader，时钟速率可调；支持ISO/IEC 7816-3和EMV2000(4.0)规范； |
KEYADC | 2 | 多按键检测接口，6bit分辨率，输入电压范围为0~2V；转换速率最高可达250Hz； |
KEYPAD | 1 | 8 x 8键盘矩阵接口； |
PWM | 8 | 支持PWM输出、输入捕获，输出频率高达24/100MHz；支持0~100%可调占空比； |
JTAG | 1 | 支持边界扫描；支持IEEE 1149.1和IEEE 1149.6标准。 |
备注：核心板引出的FPGA端主要资源为BANK0、BANK2部分IO。
引脚说明
引脚排列
核心板B2B连接器分别为CON0A（母座，对应评估底板CON0A）、CON0B（公座，对应评估底板CON0B）、CON0C（母座，对应评估底板CON0C）、CON0D（公座，对应评估底板CON0D），引脚排列如下图所示。
图 9 核心板引脚排列示意图
电气特性
工作环境
表 14
环境参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 |
|---|---|---|---|
工作温度 | -40°C | / | 85°C |
存储温度 | -50°C | / | 90°C |
工作湿度 | 35%（无凝露） | / | 75%（无凝露） |
存储湿度 | 35%（无凝露） | / | 75%（无凝露） |
工作电压 | / | 5.0V | / |
功耗测试
表 15
工作状态 | 电压典型值 | 电流典型值 | 功耗典型值 |
|---|---|---|---|
状态1 | 5.0V | 0.21A | 1.05W |
状态2 | 5.0V | 0.55A | 2.75W |
备注：功耗基于TLA40iF-EVM评估板测得。测试数据与具体应用场景有关，仅供参考。
状态1：系统启动，评估板不接入其他外接模块，ARM端不运行程序，FPGA端运行LED测试程序。
状态2：系统启动，评估板不接入其他外接模块，ARM端运行DDR压力读写测试程序，4个ARM Cortex-A7核心使用率约为100%，FPGA端运行IFD测试程序。
热成像图
核心板未安装散热片与风扇，在常温环境、自然散热、满负荷状态下稳定工作10min后，测得热成像图如下所示。其中红色测温点为最高温度点(64.3℃)，绿色测温点为最低温度点(28.8℃)，白色测温点为画面中心温度点(46.8℃)。
备注：不同测试条件下结果会有所差异，数据仅供参考。
图 10
请参考如上测试结果，并根据实际情况合理选择散热方式。
机械尺寸
核心板主要硬件相关参数如下所示，仅供参考。
表 16
PCB尺寸 | 65mm*44mm |
|---|---|
PCB层数 | 10层 |
元器件最高高度 | 2.0mm |
PCB板厚 | 2.0mm |
重量 | 19.8g |
图 11
图 12
元器件最高高度：指核心板最高元器件水平面与PCB正面水平面的高度差。核心板最高元器件为电感(L1)。
底板设计注意事项
最小系统设计
基于SOM-TLA40iF核心板进行底板设计时，请务必满足最小系统设计要求，具体如下。
电源设计说明
- VDD_5V_SOM
VDD_5V_SOM为核心板的主供电输入，电源功率建议参考评估板按最大10W进行设计，并且在靠近核心板电源输入端放置50uF左右的储能电容。
图 13
- VDD_5V_MAIN & VDD_3V3_MAIN
VDD_5V_MAIN、VDD_3V3_MAIN为底板提供的外设电源。为使VDD_5V_MAIN、VDD_3V3_MAIN满足处理器的上电、掉电时序要求，推荐使用VDD_3V3_SOM_OUT来控制VDD_5V_MAIN和VDD_3V3_MAIN的电源使能。
图 14
系统启动配置
核心板内部L7/FEL已设计10K上拉电阻，设计系统启动配置电路时，请参考评估底板BOOT SET部分电路进行相关设计。当L7/FEL为高电平时，CPU会按顺序检测对应设备启动。
图 16
系统复位信号
R24/AP-RESETn(PMIC_PWROK)
R24/AP-RESETn为CPU的复位输入引脚，同时与PMIC的复位输出PWROK相连，可用于输出控制外设接口的复位。该复位在VDD_3V3_SOM_OUT延迟60ms后拉高。当使用该复位作为其他外设复位信号时，需考虑外设电源与复位之间的时序是否满足要求。
图 17
PMIC_PWRON
PMIC_PWRON为PMIC的开关机控制引脚，PMIC内部已上拉100K电阻到1.8V，默认情况请悬空处理。
其他设计注意事项
保留Micro SD卡接口
评估底板通过SDC0总线引出Micro SD接口，主要用于调试过程中使用Linux系统启动卡来启动系统，或批量生产时可基于Micro SD卡快速固化系统至eMMC，底板设计时建议保留此外设接口。
保留UART0接口
评估底板将F23/PB23/UART0_RX和F22/PB22/UART0_TX引脚通过CH340T芯片引至Type-C接口，作为系统调试串口使用，底板设计时建议保留UART0作为系统调试串口。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
腾讯云开发者
