Author：Koichiro Sugata

01工業自動化中日益重要的多網絡支持以及存在的設計挑戰

近年來，隨著制造業對自動化需求的不斷增長，為 PLC、運動控制器和CNC等工業控制器設備提供多樣化的網絡支持變得尤為重要。

控制器設備需要EtherCAT和PROFINET等工業以太網（IE）控制器的支持，才能作為網絡設備與伺服系統和變頻器等設備進行通信。

另一方面，也存在同一網絡同時支持多種協議以及多個網絡使用同一協議的情況。此外，采用通用以太網與工廠管理系統和HMI設備（如運動控制器、CNC等）進行通信，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備和系統的工廠中，支持多協議IE以支持運輸目的地所使用的IE協議也很重要。

因此，要開發工業控制器設備，就需要滿足靈活的網絡支持需求，比如IE控制器和設備都能支持多個協議，以及讓通用以太網具備多個端口。

為了支持各種協議和多個以太網端口，除了執行主要處理任務的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），以靈活滿足網絡要求。除了支持以太網外，每個設備也需要配備自有電源和內存，而且還必須實現主MPU與附加設備之間的通信，這就使得硬件設計變得更加復雜。

圖1：適用于各種網絡的LSI組合

02僅單個芯片即可靈活滿足各種網絡要求

要實現上述網絡要求，所選擇的MPU必須配備支持多種網絡、外設和操作系統的CPU。

RZ/T2H MPU配備了業內一流的Quad ArmCortex-A551.2GHz作為應用CPU，并配備了支持32位LPDDR4-3200的DDRIF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。

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576KB的大容量緊耦合內存（TCM），用于進行實時控制。此設計消除了執行時間抖動問題，實現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響應控制器的IE設備。

在網絡功能方面，RZ/T2H配有一個EtherCAT從站控制器（ESC）、一個用于PROFINET和EtherNet/IP的三端口以太網交換機（ETHSW）、三通道千兆以太網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分配給一共三個端口——兩個端口用于IE控制器。一個端口用于連接監控系統和HMI的通用以太網。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，并憑借豐富的網絡功能靈活支持IE控制器、設備和通用以太網，從而減少了專用通信LSI等組件的數量。此外，如果在模型部署過程中出現不同的網絡要求，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成本。

03評估板、網絡平臺開發所需的示例程序

EVK-RZ/T2H配備了所有必要的組件，如RZ/T2H中的大容量LPDDR4內存和四個以太網連接器，因此用戶能夠開發各種網絡軟件。

圖3：RZ/T2H評估板（RTK9RZT2H0S00000BJ）

用戶還可以從RZ/T2H產品網站下載Linux和 FreeRTOS示例程序，以便借助EVK快速啟動開發工作。此外，瑞薩電子官網還有大量適用于IE控制器和設備–OPCUA和EtherCAT–以及通用以太網等網絡的示例程序可供選擇。通過下載各種示例程序并與評估板配合使用，您可以立即開始使用RZ/T2HMPU進行下一步網絡開發。