本文是瑞薩電子公司發布的白皮書，主要介紹RZ/T2H MPU在工業機器人中的應用，闡述其如何實現高性能應用處理、多軸電機控制和工業以太網功能，以提升工業機器人性能并減少組件數量和開發工時，以下是具體內容：
*附件：白皮書-rzt2h-industrial-robot.pdf

• 工業機器人發展需求與傳統方案問題
  • 發展需求 ：隨著工廠自動化和省力化需求增長，垂直多關節機器人等工業機器人需求上升。構建此類機器人，開發人員需要具備控制多軸電機的實時性能、與軸數匹配的電機控制功能、計算機械臂軌跡并執行如ROS中間件的高性能應用處理性能，以及將機器人連接到工廠網絡的工業以太網網絡通信支持。
  • 傳統方案問題 ：傳統工業機器人控制器使用FPGA進行電機控制、高性能CPU進行應用處理、ASSP支持工業以太網。這些設備各自需要電源、時鐘和存儲器，導致組件數量多，不僅使系統電路/布局設計復雜，還需要對FPGA中實現的功能進行大量設計和評估。
• RZ/T2H MPU的優勢與功能實現
  • 多軸電機控制 ：RZ/T2H MPU具備兩個實時Arm? Cortex?-R52 CPU，每個CPU工作頻率為1GHz，配備大容量緊密耦合內存（576KB），消除了使用緩存內存時的執行時間波動，實現確定性高速響應處理。三角函數單元（TFU）和電機控制用外設位于直接連接CPU的低延遲外設端口總線（LLPP總線）上，CPU可高速訪問，實現高速電流環處理。使用瑞薩示例程序測量表明，一個CR52 CPU可在8微秒內執行9軸電流環處理，RZ/T2H實現了100kHz（=10微秒）的載波頻率。因此，開發人員可利用RZ/T2H上的一個CR52 CPU進行9軸電機控制，另一個CR52 CPU支持工業以太網。此外，RZ/T2H配備9軸所需的PWM定時器、delta-sigma解調器和編碼器接口，9軸PWM定時器可同步運行，編碼器接口支持多種協議。使用RZ/T2H可減少組件數量和PCB尺寸，減少此前FPGA實現功能所需的開發工時。
  • 高性能應用處理 ：工業機器人控制器需要能夠控制多軸并處理高速應用。除了精確平滑地計算手臂運動的軌跡規劃，以及根據軌跡規劃計算控制各軸的指令值外，近年來還需要高性能CPU和DDR支持來運行Linux上的開源軟件，如提供機器人控制中間件的ROS，以及實現與其他制造商設備和版本連接的ORiN。RZ/T2H配備四核Cortex-A55 1.2GHz處理器用于應用處理，每核有32KB/32KB L1 I/D緩存，1024KB L3緩存作為公共緩存。配備支持LPDDR4-3200 32位的DDR IF和用于存儲大型程序的SD/eMMC，可運行Linux應用。此外，可在四個核心上結合使用Linux、RTOS和裸機，支持緩存分區，將L3公共緩存區域分配給每個核心。UNIXBENCH測試結果顯示，RZ/T2H在各個類別中得分高出35-75%，使用RZ/T2H可加快各軸電機指令值的更新周期，處理更復雜的軌跡規劃算法，有助于實現更精確的機器人運動。
  • 多協議工業以太網支持 ：在使用工業機器人的工廠中，來自不同制造商的設備將連接到網絡，使用專用于實時通信的工業以太網協議如EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP等，以進一步提高設備間的同步精度，這對生產效率有重要影響。傳統工業機器人中，使用專用ASSP支持這些多種工業以太網協議。除工業以太網外，還需要獨立于工業以太網的以太網通信，用于與PC和管理系統進行狀態監控和軟件版本升級通信，以及連接到外部HMI設備。RZ/T2H配備四個外部以太網端口、三個千兆以太網MAC（GMAC）、一個千兆以太網交換機（ETHSW）和一個EtherCAT?從控制器（ESC），兼容EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP?、OPC UA等主要工業以太網通信協議以及下一代TSN（時間敏感網絡）標準。通過將GMAC、ETHSW和ESC分配給四個外部以太網端口，可實現多種以太網實現。例如，兩個端口可用于工業以太網，剩余兩個端口可用于通用以太網。如果不需要工業以太網，最多三個端口可用于通用以太網，使用戶能夠靈活實現網絡功能。此外，ETHSW的網絡同步信號（如TDMA和ESC的DC（分布式時鐘））連接到RZ/T2H中的事件鏈接控制器（ELC），可實現低延遲的外設功能操作，并與連接到網絡的不同設備同步操作，實現高精度同步以及與連接到網絡的設備的聯動操作，有望提高生產力。
• 總結與相關信息 ：本白皮書介紹了使用RZ/T2H提高工業機器人性能并顯著減少組件數量和開發工時的方法，使RZ/T2H用戶不僅能增強其工業機器人的競爭力，還能縮短上市時間。瑞薩提供使用RZ/T2H體驗9軸電機控制的解決方案，9軸電機控制示例程序可從瑞薩網站下載，可驅動9軸電機的RZ/T2H評估板和逆變器板可從瑞薩在線商店購買，更多信息可參考RZ/T2H產品頁面。