工業(yè)自動化中日益重要的

多網(wǎng)絡支持以及存在的設計挑戰(zhàn)

在當今制造業(yè)中，隨著對自動化程度要求的持續(xù)攀升，為PLC、運動控制單元以及數(shù)控機床等工業(yè)控制裝備提供多元化的網(wǎng)絡連接支持，已然成為一項關鍵需求。這些控制裝備必須借助諸如EtherCAT和PROFINET之類的工業(yè)以太網(wǎng)（IE）控制器，才能與伺服驅(qū)動系統(tǒng)、變頻器等設備實現(xiàn)網(wǎng)絡通信。與此同時，也存在一些復雜場景，比如同一網(wǎng)絡需兼容多種通信協(xié)議，或者多個網(wǎng)絡采用同一協(xié)議進行通信。此外，在工廠環(huán)境中，利用標準以太網(wǎng)與工廠管理信息系統(tǒng)以及人機界面設備（例如運動控制單元、數(shù)控機床等）進行數(shù)據(jù)交互，以及小型PLC通過IE與主PLC建立連接，都是不可或缺的環(huán)節(jié)。

在那些使用不同品牌設備和系統(tǒng)的工廠里，為了適應運輸目的地所采用的IE通信協(xié)議，支持多協(xié)議IE顯得尤為重要。因此，在開發(fā)工業(yè)控制設備時，必須滿足靈活的網(wǎng)絡支持需求，例如IE控制器和設備都應具備多協(xié)議支持能力，同時確保通用以太網(wǎng)具備多個通信端口。

為了實現(xiàn)對多種協(xié)議和多個以太網(wǎng)端口的支持，除了需要具備執(zhí)行核心處理任務的微處理器（MPU）外，還必須增加專用的通信芯片（例如配備可編程硬件的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，或者支持EtherCAT和PROFINET的通用微控制器），以靈活地滿足不同的網(wǎng)絡需求。除了以太網(wǎng)支持外，每個設備還需要配備獨立的電源和存儲器，并且必須實現(xiàn)主MPU與附加設備之間的高效通信，這無疑使得硬件設計的復雜性大大增加。

圖1：適用于各種網(wǎng)絡的LSI組合

僅單個芯片即可靈活滿足各種網(wǎng)絡要求

要實現(xiàn)上述網(wǎng)絡要求，所選擇的MPU必須配備支持多種網(wǎng)絡、外設和操作系統(tǒng)的CPU。RZ/T2H MPU配備了業(yè)內(nèi)一流的Quad Arm? Cortex?-A55 1.2GHz作為應用CPU，并配備了支持32位LPDDR4-3200的DDR IF作為大容量高速存儲器，可運行在IE控制器中廣泛應用的Linux操作系統(tǒng)。

除應用CPU外，RZ/T2H中還嵌入了兩個Arm Cortex-R52 CPU作為實時CPU，每個CPU中還嵌入了576 KB的大容量緊耦合內(nèi)存（TCM），用于進行實時控制。此設計消除了執(zhí)行時間抖動問題，實現(xiàn)了確定性的高速響應處理，使RZ/T2H成為了一款理想的MPU，非常適合需要在預定周期內(nèi)響應控制器的IE設備。

在網(wǎng)絡功能方面，RZ/T2H配有一個EtherCAT從站控制器（ESC）、一個用于PROFINET和EtherNet/IP的三端口以太網(wǎng)交換機（ETHSW）、三通道千兆以太網(wǎng)Mac（GMAC）以及一個用于靈活連接這些功能和四個外部端口的多路復用器。RZ/T2H是一個可支持各種網(wǎng)絡要求的MPU，它減少了硬件設計工時，使設計人員能夠用更少的組件構(gòu)建體積更小的PCB板。

圖2：RZ/T2H的硬件配置

以PLC為例，GMAC可分配給一共三個端口–兩個端口用于IE控制器，一個端口用于連接監(jiān)控系統(tǒng)和HMI的通用以太網(wǎng)。對于運動控制器和CNC，四個端口中的兩個可用作IE設備（如EtherCAT），其余兩個端口可用作IE控制器。

RZ/T2H MPU讓用戶可以根據(jù)通信目的從應用CPU和實時CPU中選擇最合適的CPU，并憑借豐富的網(wǎng)絡功能靈活支持IE控制器、設備和通用以太網(wǎng)，從而減少了專用通信LSI等組件的數(shù)量。此外，如果在模型部署過程中出現(xiàn)不同的網(wǎng)絡要求，只需在軟件中更改對外部端口的分配即可，無需更改硬件，這極大地降低了硬件開發(fā)成本。

評估板、網(wǎng)絡平臺開發(fā)所需的示例程序

圖3：RZ/T2H評估板（RTK9RZT2H0S00000BJ）

用戶還可以從RZ/T2H產(chǎn)品網(wǎng)站下載Linux和FreeRTOS示例程序，以便借助EVK快速啟動開發(fā)工作。此外，瑞薩電子官網(wǎng)還有大量適用于IE控制器和設備–OPC UA和EtherCAT–以及通用以太網(wǎng)等網(wǎng)絡的示例程序可供選擇。