使用瑞薩電子RZ/T2H MPU進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)開發(fā)

Author：Koichiro Sugata

01工業(yè)自動(dòng)化中日益重要的多網(wǎng)絡(luò)支持以及存在的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

近年來(lái)，隨著制造業(yè)對(duì)自動(dòng)化需求的不斷增長(zhǎng)，為 PLC、運(yùn)動(dòng)控制器和CNC等工業(yè)控制器設(shè)備提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)支持變得尤為重要。

控制器設(shè)備需要EtherCAT和PROFINET等工業(yè)以太網(wǎng)（IE）控制器的支持，才能作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與伺服系統(tǒng)和變頻器等設(shè)備進(jìn)行通信。

另一方面，也存在同一網(wǎng)絡(luò)同時(shí)支持多種協(xié)議以及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用同一協(xié)議的情況。此外，采用通用以太網(wǎng)與工廠管理系統(tǒng)和HMI設(shè)備（如運(yùn)動(dòng)控制器、CNC等）進(jìn)行通信，小型PLC使用IE與主PLC連接也是很有必要的。在使用不同制造商的設(shè)備和系統(tǒng)的工廠中，支持多協(xié)議IE以支持運(yùn)輸目的地所使用的IE協(xié)議也很重要。

因此，要開發(fā)工業(yè)控制器設(shè)備，就需要滿足靈活的網(wǎng)絡(luò)支持需求，比如IE控制器和設(shè)備都能支持多個(gè)協(xié)議，以及讓通用以太網(wǎng)具備多個(gè)端口。

為了支持各種協(xié)議和多個(gè)以太網(wǎng)端口，除了執(zhí)行主要處理任務(wù)的MPU外，還需要添加專用的通信LSI（如帶有可編程硬件的FPGA或支持EtherCAT和 PROFINET的通用微控制器），以靈活滿足網(wǎng)絡(luò)要求。除了支持以太網(wǎng)外，每個(gè)設(shè)備也需要配備自有電源和內(nèi)存，而且還必須實(shí)現(xiàn)主MPU與附加設(shè)備之間的通信，這就使得硬件設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。

圖1：適用于各種網(wǎng)絡(luò)的LSI組合

02僅單個(gè)芯片即可靈活滿足各種網(wǎng)絡(luò)要求

要實(shí)現(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)要求，所選擇的MPU必須配備支持多種網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)和操作系統(tǒng)的CPU。

RZ/T2H MPU配備了業(yè)內(nèi)一流的Quad ArmCortex-A551.2GHz作為應(yīng)用CPU，并配備了支持32位LPDDR4-3200的DDRIF作為大容量高速存儲(chǔ)器，可運(yùn)行在IE控制器中廣泛應(yīng)用的Linux操作系統(tǒng)。

除應(yīng)用CPU外，RZ/T2H中還嵌入了兩個(gè)Arm Cortex-R52 CPU作為實(shí)時(shí)CPU，每個(gè)CPU中還嵌入了576KB的大容量緊耦合內(nèi)存（TCM），用于進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。此設(shè)計(jì)消除了執(zhí)行時(shí)間抖動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了確定性的高速響應(yīng)處理，使RZ/T2H成為了一款理想的MPU，非常適合需要在預(yù)定周期內(nèi)響應(yīng)控制器的IE設(shè)備。

在網(wǎng)絡(luò)功能方面，RZ/T2H配有一個(gè)EtherCAT從站控制器（ESC）、一個(gè)用于PROFINET和EtherNet/IP的三端口以太網(wǎng)交換機(jī)（ETHSW）、三通道千兆以太網(wǎng)Mac（GMAC）以及一個(gè)用于靈活連接這些功能和四個(gè)外部端口的多路復(fù)用器。

RZ/T2H是一個(gè)可支持各種網(wǎng)絡(luò)要求的MPU，它減少了硬件設(shè)計(jì)工時(shí)，使設(shè)計(jì)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分配給一共三個(gè)端口——兩個(gè)端口用于IE控制器。一個(gè)端口用于連接監(jiān)控系統(tǒng)和HMI的通用以太網(wǎng)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制器和CNC，四個(gè)端口中的兩個(gè)可用作IE設(shè)備（如EtherCAT），其余兩個(gè)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(yīng)用CPU 和實(shí)時(shí)CPU中選擇最合適的CPU，并憑借豐富的網(wǎng)絡(luò)功能靈活支持IE控制器、設(shè)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(guò)程中出現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)要求，只需在軟件中更改對(duì)外部端口的分配即可，無(wú)需更改硬件，這極大地降低了硬件開發(fā)成本。

03評(píng)估板、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開發(fā)所需的示例程序

EVK-RZ/T2H配備了所有必要的組件，如RZ/T2H中的大容量LPDDR4內(nèi)存和四個(gè)以太網(wǎng)連接器，因此用戶能夠開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)軟件。

圖3：RZ/T2H評(píng)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(dòng)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(shè)備–OPCUA和EtherCAT–以及通用以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的示例程序可供選擇。通過(guò)下載各種示例程序并與評(píng)估板配合使用，您可以立即開始使用RZ/T2HMPU進(jìn)行下一步網(wǎng)絡(luò)開發(fā)。