瑞萨传感器：适用工业以太网平台开发的一流微处理器

工业自动化中日益重要的

多网络支持以及存在的设计挑战

在当今制造业中，随着对自动化程度要求的持续攀升，为PLC、运动控制单元以及数控机床等工业控制装备提供多元化的网络连接支持，已然成为一项关键需求。这些控制装备必须借助诸如EtherCAT和PROFINET之类的工业以太网（IE）控制器，才能与伺服驱动系统、变频器等设备实现网络通信。与此同时，也存在一些复杂场景，比如同一网络需兼容多种通信协议，或者多个网络采用同一协议进行通信。此外，在工厂环境中，利用标准以太网与工厂管理信息系统以及人机界面设备（例如运动控制单元、数控机床等）进行数据交互，以及小型PLC通过IE与主PLC建立连接，都是不可或缺的环节。

在那些使用不同品牌设备和系统的工厂里，为了适应运输目的地所采用的IE通信协议，支持多协议IE显得尤为重要。因此，在开发工业控制设备时，必须满足灵活的网络支持需求，例如IE控制器和设备都应具备多协议支持能力，同时确保通用以太网具备多个通信端口。

为了实现对多种协议和多个以太网端口的支持，除了需要具备执行核心处理任务的微处理器（MPU）外，还必须增加专用的通信芯片（例如配备可编程硬件的现场可编程门阵列FPGA，或者支持EtherCAT和PROFINET的通用微控制器），以灵活地满足不同的网络需求。除了以太网支持外，每个设备还需要配备独立的电源和存储器，并且必须实现主MPU与附加设备之间的高效通信，这无疑使得硬件设计的复杂性大大增加。

图1：适用于各种网络的LSI组合

仅单个芯片即可灵活满足各种网络要求

要实现上述网络要求，所选择的MPU必须配备支持多种网络、外设和操作系统的CPU。RZ/T2H MPU配备了业内一流的Quad Arm® Cortex®-A55 1.2GHz作为应用CPU，并配备了支持32位LPDDR4-3200的DDR IF作为大容量高速存储器，可运行在IE控制器中广泛应用的Linux操作系统。

除应用CPU外，RZ/T2H中还嵌入了两个Arm Cortex-R52 CPU作为实时CPU，每个CPU中还嵌入了576 KB的大容量紧耦合内存（TCM），用于进行实时控制。此设计消除了执行时间抖动问题，实现了确定性的高速响应处理，使RZ/T2H成为了一款理想的MPU，非常适合需要在预定周期内响应控制器的IE设备。

在网络功能方面，RZ/T2H配有一个EtherCAT从站控制器（ESC）、一个用于PROFINET和EtherNet/IP的三端口以太网交换机（ETHSW）、三通道千兆以太网Mac（GMAC）以及一个用于灵活连接这些功能和四个外部端口的多路复用器。RZ/T2H是一个可支持各种网络要求的MPU，它减少了硬件设计工时，使设计人员能够用更少的组件构建体积更小的PCB板。

图2：RZ/T2H的硬件配置

以PLC为例，GMAC可分配给一共三个端口–两个端口用于IE控制器，一个端口用于连接监控系统和HMI的通用以太网。对于运动控制器和CNC，四个端口中的两个可用作IE设备（如EtherCAT），其余两个端口可用作IE控制器。

RZ/T2H MPU让用户可以根据通信目的从应用CPU和实时CPU中选择最合适的CPU，并凭借丰富的网络功能灵活支持IE控制器、设备和通用以太网，从而减少了专用通信LSI等组件的数量。此外，如果在模型部署过程中出现不同的网络要求，只需在软件中更改对外部端口的分配即可，无需更改硬件，这极大地降低了硬件开发成本。

评估板、网络平台开发所需的示例程序

图3：RZ/T2H评估板（RTK9RZT2H0S00000BJ）

用户还可以从RZ/T2H产品网站下载Linux和FreeRTOS示例程序，以便借助EVK快速启动开发工作。此外，瑞萨电子官网还有大量适用于IE控制器和设备–OPC UA和EtherCAT–以及通用以太网等网络的示例程序可供选择。