Der i.MX 91: Überraschender kleiner Bruder des i.MX 93

Mit dem i.MX-91-Prozessor bietet NXP eine preis- und entsprechend funktionsoptimierte CPU aus der i.MX-9-Familie an. Er ist, neben dem i.MX 93, die kleinste CPU der i.MX-9-Familie und für neue Designs eine sehr gute Alternative zu i.MX 28 und i.MX 6UL/i.MX 6ULL. Der i.MX 91 basiert auf der gleichen Core-Architektur wie die ganze i.MX-9-Familie. Im Wesentlichen unterscheidet er sich bei den in den Baustein integrierten Sicherheitsfunktionen sowie bei den Netzwerk- und CAN-Schnittstellen, die unter anderem zweifaches Gigabit Ethernet und zweifaches CAN FD umfassen. Ein paralleles Kamerainterface (8 Bit RGB) ermöglicht die direkte Anbindung einer Kamera an die CPU und unterstützt den Einsatz bei Applikationen im Bereich der ein- fachen Bildverarbeitung.

NXP bringt MCX A5 für sichere industrielle Vernetzung

NXP erweitert seine MCX-Familie um neue Mikrocontroller für industrielle Edge-Anwendungen. Die MCX A5 kombinieren 10BASE-T1S-Ethernet, Topologieerkennung und Post-Quanten-Kryptografie.

Martin Probst

Welche Funktionen bietet der NXP i.MX 91?

Beim i.MX 91 kommt der Cortex-A55-Core mit bis zu 1,4 GHz Takt zum Einsatz. Der Cortex-A55-Prozessorkern nutzt die DynamIQ-Technologie (Nachfolger von ARMs big.LITT- LE-Konzept) und verfügt über die neuesten Erweiterungen der Armv8-A-Architektur mit dediziertem Befehlssatz zur Umsetzung von energieeffizienten Steuerungen. Zur weiteren Unterstützung kommt die sogenannte „EdgeLock Secure Enclave“ für die einfache Realisierung von Sicherheitskonzepten zum Einsatz. Das Speicher-Interface ist 16 Bit breit, nutzt LPDDR4 und bietet wahlweise eine interne ECC-Unterstützung.

Neben bis zu vier I²S-Audioschnittstellen und bis zu acht PDM-Mikrofoneingängen, bietet der Prozessor zahlreiche weitere Schnittstellen: Dazu gehören CAN FD, UARTs, SPI, QSPI, I²C als auch SDIO. Darüber hinaus wurden umfangreiche Security-Funktionen implementiert.

Es stehen zwei CPU-Varianten zur Verfügung, die sich hauptsächlich in der Taktfrequenz unterscheiden.

Die wesentlichen Schnittstellen des i.MX 91 sind:

• 1x 24-Bit RGB Display

• 1x 8 Bit RGB Kamera-Interface

• 3x SDIO/eMMC

• 2x USB 2.0

• 2x Gigabit Ethernet (1 x mit TSN)

• 2x CAN-FD

• 8x UART, 8x I²C, 8x SPI, 4x I²S

• 1x QSPI

• 2x FlexIO

• 1x Medium Quality Sound Ausgang (Sigma-Delta Modulator)

Unter Berücksichtigung der Anforderungen können Schnittstellen je nach Verfügbarkeit und in Abhängigkeit des Pin-Multiplexing verwendeten werden. Daraus ergibt sich eine sehr hohe Flexibilität für das Design eines Mainboards, um eine hohe Effektivität und Auslastung der CPU zu erreichen. TQ-Embedded hat auf Basis dieser Möglichkeiten zwei Module entwickelt, auf denen trotz der CPU-Unterschiede alle i.MX 91 und i.MX 93 Derivate auf demselben Design eingesetzt werden können.

KI-Embedded-Module für mehr Sicherheit am Zebrastreifen

Intelligente Beleuchtung an Zebrastreifen erhöht die Verkehrssicherheit und senkt zugleich den Energieverbrauch. Mit dem Embedded-Modul TQMa67xxL lassen sich KI-gestützte Erkennung, Auswertung und Steuerung direkt vor Ort realisieren.

Andreas Willig

Embedded-Module mit NXP i.MX 91 im Überblick

Die nur 54 mm × 32 mm und 38 mm × 38 mm großen TQ- Module sind sowohl für die Verwendung von anspruchsvollen und zuverlässigen Industrieanwendungen als auch für mobile Anwendungen geeignet. Dem Anwender stehen mit den Modulen alle relevanten Signalpins zur Realisierung eines eigenen Mainboards zu Verfügung. Dadurch wird ein sehr hoher Erfüllungsgrad erreicht, da durch das Pin-Multiplexing die von der CPU bereitgestellten Schnittstellen optimal genutzt werden können.

Steckbares Prozessormodul mit Colibri-Steckverbindern

Das erste Modul nutzt die bewährten Stecker aus der Serie „Colibri“ von EPT mit einem Pitch von 0,5 mm. Dadurch findet sich auf nur 54 mm Modullänge noch Platz für vier Bohrungen zur Befestigung und Erhöhung der Stecksicherheit. Durch den Einsatz dieser Steckverbinder lassen sich alle Designanforderungen an die herunter geführten Signale einhalten.

LGA-Modul für kompakte und kosteneffiziente Designs

Das zweite Modul basiert auf der bewährten LGA- Technologie (Land Grid Array) von TQ. Als LGA-Modul wird es direkt mit dem Mainboard ohne Steckverbindung verlötet. Dafür wird von TQ ein eigenes, auf das Modul abgestimmte Lötprofil bereitgestellt. Das ergibt einen enormen Kostenvorteil, da keine Steckverbinder benötigt werden.

Bei den LGA-Modulen von TQ ist eine Anordnung der Pins mit einem Abstand von 1,9 mm gewählt. Dadurch ist es möglich, das Baseboard-Design unter Berücksichtigung von Designvorgaben, wie Impedanzen und Leitungslängen für Schnittstellen, kosteneffizient zu realisieren.

Da die LGA–Module von TQ im Allgemeinen Maschinen bestückbar sind, wird ein weiterer Kostenvorteil erzielt. Durch die Skalierbarkeit des i.MX 91 stehen dem Anwender bis zu zwei CPU-Varianten zur Verfügung, die die Grundlage für individuelle Geräteausbaustufen bilden.

Welche Schnittstellen bietet das i.MX-91-Mainboard?

Das von TQ entwickelte Basisboard dient den Interessenten als Referenzplattform. Die bereits industrietauglich realisierten Schnittstellen bilden eine fundierte Grundlage für eigene Designs. Dadurch wird wertvolle Entwicklungszeit gewonnen und es ergibt sich eine nicht zu verachtende Kosteneinsparung. Das MBa91xxCA ist als klassisches Starterkit entwickelt worden. Durch die tiefgehende Qualifizierung von Modul und Mainboard kann diese Einheit auch für erste Versuchs- und Testaufbauten (Proof of Concept) verwendet werden. Das LGA-Modul wird mittels Adapter auf das Mainboard gesteckt.

24 Bit RGB / LVDS: Das TQMa91xxLA verfügt über eine 24-Bit-Grafikschnittstelle die es ermöglicht, bisher eingesetzte parallele Displays weiterzuverwenden. Diese Technologie hat gerade bei kleineren Displays im Bereich von 2 Zoll bis 7 Zoll eine hohe Bedeutung, da viele Display-Hersteller sie nach wie vor unterstützen. Gerade bei diesen kleineren Display- Größen hat sich MIPI-DSI noch nicht wirklich durchgesetzt und die Verfügbarkeit von Displays ist noch dünn gesät. Die Signale für RGB und zur Steuerung des Displays werden über eine 60-polige 2,54-mm-Stiftleiste bereitgestellt. Zur Anbindung von Displays hält TQ mehrere Adapter bereit.

LVDS: Da der i.MX 91 im Gegensatz zum pinkompatiblen i.MX 93 über kein LVDS-Interface verfügt, ist auf dem Mainboard eine LVDS-Bridge zum Anschluss von LVDS-Displays integriert. Die LVDS-Signale werden über den bei TQ standardisierten DF19-Steckverbinder bereitgestellt. Zur Steuerung des Displays und eines Touchscreens stehen über einen zweiten Steckverbinder alle gängigen Steuerungssignale zur Verfügung.

Schneller entwickeln mit Embedded-Modul-Starterkits

Ein Embedded-Modul mit Evaluierungssystem ist ein entscheidendes Werkzeug für die Hardware- und Softwareentwicklung. Es ermöglicht eine frühe Validierung auf dem Zielsystem und stellt Stromversorgung, Interfaces und Zugriffsmöglichkeiten bereit.

Konrad Zöpf

CAN-FD: Auf dem MBa91xxCA ist ein CAN-FD-Interface nach dem ISO-11898-Standard realisiert. Die Signale stehen über eine dreipolige, industrietaugliche Buchse zur Verfügung. Das Interface ist mit einer Isolationsspannung von 1 kV galvanisch getrennt.

USB: Die von der CPU verfügbaren USB-2.0-Schnittstellen stehen auf dem MBa91xxCA einerseits als eine USB-C- Schnittstelle bereit, andererseits kommt ein USB-Hub zum Einsatz, um weitere USB-2.0-Host-Schnittstellen zu realisieren.

USB 2.0 Host: Der USB 2.0 Hub stellt ausreichend USB-Schnittstellen zur Verfügung, um die auf dem MBa91xxCA realisierten Funktionen zu unterstützen. Diese können alle als USB 2.0 Host verwendet werden.

USB-C 2.0: Die zweite USB-Schnittstelle der TQMa91xx Module steht auf dem MBa91xxCA als USB-C-2.0-Buchse bereit. Diese Schnittstelle kann für den Serial-Download-Modus des TQMa91xxCA und TQMa91xxLA genutzt werden.

Ethernet: Die Module TQMa91xxLA und TQMa91xxCA besitzen jeweils zwei RGMII-Interfaces (1 x Gigabit Ethernet, 1 x Quality of Service). Auf dem MBa93xxLA sind auch beide Interfaces angeschlossen. Die PHYs unterstützen IEEE 802.3 10BASE- Te, 100BASE-TX und 1000BASE-T. Der zweite Ethernet Port unterstützt TSN, das bei zeitsynchronisierten Anwendungen seinen Einsatz findet.

RS485: Die auf dem MBa91xxCA realisierte RS485-Schnittstelle wurde als Halbduplex-Schnittstelle umgesetzt. Sie ist nicht galvanisch getrennt. Das RTS-Signal der UART-Schnittstelle wird zur automatischen Richtungsumschaltung verwendet.

WLAN: Auf dem MBa91xxCA ist ein WLAN-Modul verfügbar. Es unterstützt IEEE 802.11 ac/a/b/g/n und bietet eine Dual-Band RF-Schnittstelle (2,4 GHz / 5 GHz).

Mini PCIe: Immer mehr Applikationen im Bereich des IoT fordern eine Mobilfunkverbindung, um Unabhängigkeit von vorhandenen Netzwerken zu erreichen. Diese Funktion ermöglicht es, Daten sicher zu übertragen, auch von schwer zugänglichen Orten ohne technisch ausgebaute Versorgung. Die Bandbreite ist im Wesentlichen abhängig vom Einsatzort und den Anforderungen an die Datenkommunikation. Das Modul BG95 von Quectel bietet hierfür eine vielseitige Unterstützung, angefangen von Narrowband bis hin zu LTE.

Energieeffiziente Embedded-Applikationen mit starken CPUs

Mit der i.MX 93 CPU ist NXP Semiconductors eine Entwicklung gelungen, die Energieeffizienz und KI-Beschleunigung für stromsparende Geräte vereint. Entwickler können dies nutzen, um sowohl sparsame als auch leistungshungrige Applikationen zu bedienen.

Welche i.MX-91-Module und Mainboards sind verfügbar?

TQ hat momentan zwei Modulvarianten auf Basis der CPU- Familie vorgesehen. Die technischen Eigenschaften der Module sind für raue Umgebungsbedingungen optimiert. Daraus ergeben sich kaum Einschränkungen, wenn es um Einsatzmöglichkeiten in robusten Applikationen geht. Das Modul wird durch die LGA-Technik direkt mit dem Mainboard verlötet.

TQMa91xx: Embedded-Module mit Cortex-A55-Prozessor

Die Module TQMa91xxLA und TQMa91xxCA mit demi.MX-91-Prozessor, basierend auf einem Cortex-A55 Core, bieten einen Arbeitsspeicher von 256 MB bis 2 GB LPDDR4 und eMMC von 8 GB bis 256 GB im erweiterten Temperaturbereich. Die CPU ist im industriellen Temperaturbereich bis +105°C verfügbar, zusammen mit Speichern im Temperaturbereich bis +105°C hat das Modul damit einen Vorteil bei Applikationen mit einer höheren Umgebungstemperatur. Mit der in der CPU integrierten Grafik ist eine Bildschirmauflösung bis FullHD mit 2D-Unterstützung möglich. Auf den LGA-Pins des Moduls stehen Anwendern alle relevanten Signale der CPU zur Verfügung, so dass bei der Umsetzung eines Multiplexings keine Einschränkungen entstehen. Ergänzt wird das Design durch den Einsatz eines externen Security Chip dem SE050 von NXP sowie eines Gyroscope-Sensors zur Messung der Lage und Beschleunigung.

Die wichtigsten Merkmale im Überblick:

• Integrierte Sicherheitsfunktionen

• Erweiterte Security mit SE050/SE051

• Highspeed Kommunikation via 2 x Gbit Ethernet (1 x TSN) und zwei USB-2.0-

• Schnittstellen

• Geringe Verlustleistung (typ. 1 W)

Alle Module lassen sich auf einem Mainboard-Design unter Berücksichtigung der abweichenden Funktionen einsetzen. Dadurch ist eine optimale Skalierung je nach Anwendung und Funktionsumfang möglich.

MBa91xxCA als Entwicklungs- und Referenzplattform

Das zu den TQMa91xx-Modulen entwickelte Mainboard ist 170 mm × 170 mm groß und bildet mit dem jeweils gesteckten Modul eine Einheit die zur Evaluierung der bei- den Module dient. Darüber hinaus eignet es sich als Referenz Für eigene Mainboard-Designs der Kunden. Zudem lässt sich das MBa91xxCA als industrietaugliches Basisboard einsetzen. Es verfügt über vielfältige Schnittstellen wie 2 x Ethernet, 2 x USB 2.0, 1 x USB-C 2.0, 1 x CAN FD (galvanisch getrennt), RS485, RGB und Single-LVDS. Auf dem MBa91xxCA können auch die pinkompatiblen Module auf Basis des i.MX 93 zum Einsatz kommen.

Für Kunden, die eine Skalierbarkeit mit beiden Prozessoren anstreben, ist dieses Mainboard die optimale Plattform, um uneingeschränkt testen zu können. So ist für die LGA-Variante des Moduls ein Adapter erhältlich, damit Kunden auch das Lötmodul in ihrem Design ohne Einschränkungen testen können. Zudem bietet TQ-Systems beim Design eines kundenspezifischen Mainboards umfangreiche Unterstützungen wie Stromlaufplan- und Layout-Prüfung, ESD-Beratung und vieles mehr an. Auf Wunsch übernimmt TQ auch das komplette Design - angefangen vom Konzept bis hin zur Zertifizierung und Zulassung eines Produkts.

Linux-Unterstützung mit Yocto und Armbian

Für die Module steht Linux in Vordergrund. TQ plant zweimal im Jahr, basierend auf der neusten Kernelrevision, ein aktuelles Yocto als auch ein Armbian BSP zu veröffentlichen. TQ bietet seinen Kunden Darüber hinaus einen umfassenden Service im Bereich der Softwareentwicklung für die Module.

Wo kommen Embedded-Module mit i.MX 91 zum Einsatz?

Beide TQ-Module eignen sich besonders für Lösungen in folgenden Bereichen:

• Medizintechnik (Steuerung Laborgeräte, Notrufsystem, Patientenrufsystem, Steuerung, Zahnarztstuhl

• Messtechnik (Sensoren Steuerung, Messdatenerfassung, Gateway, Mobiles Messgerät)

• Gebäudeautomation (Kontrollsystem, Sensorüberwachung, Klimasteuerung, Zentrale Gebäudesteuerung, HMI)

• Energie (Energiemeter, Gateway, Datenlogger, Sensorsteuerung) (na)

Links zu den Modulen

• www.tq-group.com/de/produkte/tq-embedded/arm-architektur/tqma91xxla/

• www.tq-group.com/de/produkte/tq-embedded/arm-architektur/tqma91xxca/

• www.tq-group.com/de/produkte/tq-embedded/arm-architektur/stka91xx/

• www.nxp.com/products/i.MX91