瑞薩RZ/N2L MPU

RZ/N2L是一種工業(yè)以太網(wǎng)通信用MPU，可輕松將網(wǎng)絡(luò)功能添加到工業(yè)設(shè)備中。它搭載支持TSN的三端口千兆以太網(wǎng)交換機(jī)和EtherCAT從控制器，可支持EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP、OPC UA等主要的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。它對(duì)網(wǎng)絡(luò)專用配套芯片加以優(yōu)化，無需大幅改變?cè)O(shè)備的內(nèi)部配置即可直接連接并快速訪問外部應(yīng)用主機(jī)CPU。此外，Arm Cortex-R52的最大工作頻率為400MHz，外設(shè)功能包括帶ECC的大容量RAM與ΔΣ I/F、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM定時(shí)器、UART和CAN等，可在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O、傳感器集線器、變頻器和網(wǎng)關(guān)。

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應(yīng)用場(chǎng)景描述

中國一家自動(dòng)化和IT解決方案供應(yīng)商正在RZ/N2L平臺(tái)上測(cè)試自己的EtherCAT設(shè)備。測(cè)試中的EtherCAT系統(tǒng)由62個(gè)I/O模塊和4個(gè)耦合器組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

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問題描述

客戶在測(cè)試過程中遇到了一個(gè)問題，有時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)EtherCAT主站無法掃描到子網(wǎng)中的所有設(shè)備。直接原因是主站掃描處理時(shí)出現(xiàn)“丟幀”，耦合器和I/O模塊均出現(xiàn)錯(cuò)誤。解決這個(gè)問題的唯一方法是重新啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)。

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瑞薩提供的解決方案和優(yōu)勢(shì)以及如何解決問題

RZ/N2L平臺(tái)同時(shí)提供MII和RMII接口，客戶在其應(yīng)用中選擇RMII并獲得以下好處：

對(duì)于使用RZ/N2L，該平臺(tái)可以產(chǎn)生與PHY芯片共享的RMII_REFCLK。這可以幫助客戶節(jié)省一顆晶振，從而降低BOM成本，大約可以節(jié)省1元左右的成本。

由于RMII接口需要的引腳比MII少，這使得客戶可以輕松布局PCB板，并有額外的引腳可用于其他功能。

為了找到根本原因，我們與客戶一起進(jìn)行了大量的猜測(cè)和測(cè)試。最后找到了一種將PHY設(shè)備工作模式從Master切換到Slave的方法。我們發(fā)現(xiàn)不同時(shí)鐘域的一致性是實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用中的一個(gè)重要考慮因素。當(dāng)PHY (DP83826) 工作在主模式時(shí)，PHY和MAC (TX/RX) 可能工作在不同的時(shí)鐘域（如圖2左側(cè)部分）。如果一致性差，RX端口可能會(huì)丟幀。相對(duì)而言，當(dāng)PHY和MAC (TX/RX) 工作在同一時(shí)鐘域時(shí)（如圖2右側(cè)部分），該問題可以解決。客戶也通過測(cè)試驗(yàn)證了該方案。

圖2 PHY芯片時(shí)鐘源模式對(duì)比

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項(xiàng)目收獲

雖然PHY問題已經(jīng)解決，但是客戶還是提出了一個(gè)問題，為什么Mater中的PHY時(shí)鐘源模式無法正常工作。我們?cè)噲D回答這個(gè)問題，并從內(nèi)部討論和分析中找到了一些線索。仍然需要解決PHY連接模式和時(shí)鐘域問題。除此之外，我們還舉了一個(gè)例子，在2端口應(yīng)用中，理論上只有1個(gè)PHY應(yīng)該工作在主模式，另一個(gè)應(yīng)該工作在從模式，如圖3右側(cè)部分。（連接圖尚未驗(yàn)證，僅供參考。）

圖3 MAC-PHY連接比較

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結(jié)論

經(jīng)過以上分析比較，我們建議MAC-PHY接口設(shè)計(jì)如圖2右側(cè)所示。顯然它具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

連接簡單

簡單的PHY芯片驅(qū)動(dòng)配置

容易明白

易于在其他相關(guān)應(yīng)用中推廣和復(fù)制

對(duì)于應(yīng)用程序：

MII接口仍然是EtherCAT應(yīng)用的第一選擇；

如果客戶由于某種原因不得不選擇RMII，請(qǐng)務(wù)必使用從屬模式。

審核編輯：劉清