瑞薩RZ/N2L MPU

RZ/N2L是一種工業以太網通信用MPU，可輕松將網絡功能添加到工業設備中。它搭載支持TSN的三端口千兆以太網交換機和EtherCAT從控制器，可支持EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP、OPC UA等主要的工業以太網通信協議。它對網絡專用配套芯片加以優化，無需大幅改變設備的內部配置即可直接連接并快速訪問外部應用主機CPU。此外，Arm Cortex-R52的最大工作頻率為400MHz，外設功能包括帶ECC的大容量RAM與ΔΣ I/F、A/D轉換器、PWM定時器、UART和CAN等，可在單個芯片上實現遠程I/O、傳感器集線器、變頻器和網關。

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應用場景描述

中國一家自動化和IT解決方案供應商正在RZ/N2L平臺上測試自己的EtherCAT設備。測試中的EtherCAT系統由62個I/O模塊和4個耦合器組成，網絡拓撲如圖1所示。

圖1 網絡拓撲圖

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問題描述

客戶在測試過程中遇到了一個問題，有時系統啟動時EtherCAT主站無法掃描到子網中的所有設備。直接原因是主站掃描處理時出現“丟幀”，耦合器和I/O模塊均出現錯誤。解決這個問題的唯一方法是重新啟動整個系統。

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瑞薩提供的解決方案和優勢以及如何解決問題

RZ/N2L平臺同時提供MII和RMII接口，客戶在其應用中選擇RMII并獲得以下好處：

對于使用RZ/N2L，該平臺可以產生與PHY芯片共享的RMII_REFCLK。這可以幫助客戶節省一顆晶振，從而降低BOM成本，大約可以節省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，我們與客戶一起進行了大量的猜測和測試。最后找到了一種將PHY設備工作模式從Master切換到Slave的方法。我們發現不同時鐘域的一致性是實時以太網應用中的一個重要考慮因素。當PHY (DP83826) 工作在主模式時，PHY和MAC (TX/RX) 可能工作在不同的時鐘域（如圖2左側部分）。如果一致性差，RX端口可能會丟幀。相對而言，當PHY和MAC (TX/RX) 工作在同一時鐘域時（如圖2右側部分），該問題可以解決。客戶也通過測試驗證了該方案。

圖2 PHY芯片時鐘源模式對比

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項目收獲

雖然PHY問題已經解決，但是客戶還是提出了一個問題，為什么Mater中的PHY時鐘源模式無法正常工作。我們試圖回答這個問題，并從內部討論和分析中找到了一些線索。仍然需要解決PHY連接模式和時鐘域問題。除此之外，我們還舉了一個例子，在2端口應用中，理論上只有1個PHY應該工作在主模式，另一個應該工作在從模式，如圖3右側部分。（連接圖尚未驗證，僅供參考。）

圖3 MAC-PHY連接比較

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結論

經過以上分析比較，我們建議MAC-PHY接口設計如圖2右側所示。顯然它具有以下一些優點：

連接簡單

簡單的PHY芯片驅動配置

容易明白

易于在其他相關應用中推廣和復制

對于應用程序：

MII接口仍然是EtherCAT應用的第一選擇；

如果客戶由于某種原因不得不選擇RMII，請務必使用從屬模式。

審核編輯：劉清