瑞薩電子攜手盟通科技推出基于瑞薩RZ MPU的EtherCAT主站應(yīng)用方案，為工業(yè)機(jī)器人、伺服驅(qū)動、PLC和自動化控制設(shè)備等應(yīng)用場景提供完整易用的支持。

本次研討會共有2部分：

1演講內(nèi)容：

瑞薩RZ MPU產(chǎn)品介紹

EtherCAT主站在瑞薩系列平臺的應(yīng)用

2Q&A

演講內(nèi)容分享

RZ家族產(chǎn)品陣容：

一個平臺直接支持多種工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，如EtherCAT，Profinet，EtherNet I/P，TSN等。同時，內(nèi)置充足的定時器，ADC，Delta-Sigma I/F，編碼器等外設(shè)外設(shè)可實現(xiàn)多軸的電機(jī)驅(qū)動，單顆芯片完成伺服控制的全部功能。

RZ/T2H，RZ/N2H，多核異構(gòu)，驅(qū)控一體的工業(yè)MPU平臺：

內(nèi)置多達(dá)4個Cortex-A55@1.2GHz內(nèi)核，搭載Linux系統(tǒng)，輕松完成系統(tǒng)級任務(wù)。

同時配備2個Cortex-R52內(nèi)核和豐富的電機(jī)外設(shè)，多種編碼器協(xié)議接口，可實現(xiàn)8軸電機(jī)控制。

內(nèi)置4路千兆網(wǎng)口，3x MAC，TSN，實現(xiàn)多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

另外，瑞薩還提供豐富的通用型MPU系列RZ/G，其中RZ/G2以其高性能，高可靠性，超長期支持等特點，在眾多市場中得到廣泛的應(yīng)用。

今年更是基于新的工藝節(jié)點開發(fā)出RZ/G3平臺，內(nèi)置多達(dá)4個Cortex-A55@1.8GHz，以滿足HMI，工業(yè)網(wǎng)關(guān)市場對高性能MPU的需求。

除硬件以外，瑞薩電子創(chuàng)新性地提供多操作系統(tǒng)解決方案，在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)豐富的HMI和實時操作。

最后，瑞薩電子還介紹了針對視覺AI的產(chǎn)品家族RZ/V系列，人工智能算力從0.5TOPS到8TOPS，從高中低端覆蓋邊緣視覺AI的應(yīng)用。

關(guān)于北京盟通科技

北京盟通科技是一家專注于實時現(xiàn)場總線技術(shù)及工業(yè)通訊技術(shù)的高新技術(shù)企業(yè)。盟通科技是德國Unified Automation公司、德國acontis technologies公司、德國Dina Elektronik公司在中國區(qū)域的唯一授權(quán)合作伙伴，是瑞典HMS工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有限公司FSoE協(xié)議軟件（Ixxat@品牌）、CANopen協(xié)議棧（emotas）等產(chǎn)品的正式授權(quán)分銷商，從源頭上為客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

本次盟通科技展示了基于瑞薩RZ/G2L Remi Pi的EtherCAT商業(yè)主站協(xié)議，由Acontis所研發(fā)的EC-Master軟件。

EC-Master的基本功能

支持瑞薩的MPU平臺：

研討會問答部分精選

Q

RZ MPU支持自動降頻嗎？多核如何進(jìn)行通信的？

A

RZ T/N不支持自動降頻，CPU工作頻率需要在啟動時通過時鐘配置；內(nèi)核之間通過共享內(nèi)存，核間中斷等方式通信。

Q

中斷響應(yīng)演示大概最大多少？

A

100ns左右。

Q

編碼器接口支持哪些具體協(xié)議？接口兼容性和適配性如何？

A

支持A-format，EnDat，Biss，Hiperface DSL，F(xiàn)A-Coder。

Q

雙核啟動有先后順序嗎？

A

有，必須從CPU_0啟動。

Q

中斷響應(yīng)演示大概最大多少？

A

100ns左右。

Q

N2L支持RT-Thread等實時操作系統(tǒng)嗎？

A

支持，RTT也發(fā)布了基于N2L平臺的測試硬件和SDK。

Q

支持的工業(yè)協(xié)議需要注冊嗎？還是可以直接用，需要認(rèn)證嗎？

A

幾大主要協(xié)議：ECAT，PN，EIP Renesas都是開源提供，可以直接使用；認(rèn)證，基于協(xié)議方的要求，是強(qiáng)制的。

Q

T2M如何解決多協(xié)議共存時的互操作性問題？

A

T2M并不支持多協(xié)議真正的同時運行，而是同一個硬件平臺可以支持多種協(xié)議。

Q

T2H的核間通信是否支持硬件加速？

A

核間通信的底層就是硬件支持，共享內(nèi)存和核間中斷。

Q

多核的外設(shè)每一個核都可以訪問吧？如何防止沖突？

A

是的，可以訪問，一般來說建議客戶在系統(tǒng)規(guī)劃階段做好分配，確認(rèn)好只能某一個核訪問的外設(shè)資源，在架構(gòu)層次防止沖突；芯片內(nèi)部有總線仲裁機(jī)制，通過總線仲裁來保證訪問，但是不能解決沖突。

Q

T2H/N2H支持Linux與FreeRTOS雙系統(tǒng)并行運行？

A

可以，T2H/N2H可以CA55跑Linux，CR52跑FreeRTOS，也可以CA55_0/1跑Linux其他CA55裸跑或者FreeRTOS（軟件并不Ready，需要從其他平臺移植）。

Q

RZ除了主站也支持從站嗎？

A

RZ/T2M，N2L，T2L：本身就是支持從站的平臺；

T2H/N2H：可以在CR52端支持從站。

Q

EtherCAT主站軟件是否支持SIL3？如何實現(xiàn)安全啟動與加密通信？

A

1.EtherCAT主站軟件是否支持SIL3？

支持。EtherCAT協(xié)議本身通過一個名為Safety over EtherCAT（FSoE）的協(xié)議來支持功能安全，并且可以達(dá)到IEC 61784-3標(biāo)準(zhǔn)中定義的SIL3（Safety Integrity Level 3）安全等級。

FSoE（FailSafe over EtherCAT）：

這是一種在標(biāo)準(zhǔn)EtherCAT通信協(xié)議之上運行的安全協(xié)議。它并不改變EtherCAT的實時機(jī)制，而是在標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT報文中嵌入一個“安全容器”，用于傳輸安全相關(guān)的數(shù)據(jù)。

黑色通道原理：

FSoE的設(shè)計理念是“黑色通道”。這意味著它將底層的通信系統(tǒng)（無論是EtherCAT還是其他網(wǎng)絡(luò)）視為一個不可靠的通道。安全性的保證完全由FSoE協(xié)議本身負(fù)責(zé)，與底層通信是否加密或是否絕對可靠無關(guān)。

如何實現(xiàn)SIL3：

FSoE通過在每個安全周期中傳輸安全幀校驗、連接ID和看門狗時間等信息，并持續(xù)監(jiān)控這些狀態(tài)，來確保安全數(shù)據(jù)的完整性、實時性和正確性。如果檢測到任何錯誤（如數(shù)據(jù)丟失、延遲或校驗失?。?，系統(tǒng)會立即進(jìn)入安全狀態(tài)。這種機(jī)制經(jīng)過了TüV（德國技術(shù)監(jiān)督協(xié)會）的認(rèn)證，符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足SIL3的要求。

2.如何實現(xiàn)安全啟動？

“安全啟動”在工業(yè)領(lǐng)域通常指確保系統(tǒng)（特別是設(shè)備上的控制器）在啟動時加載的是經(jīng)過驗證的、未被篡改的軟件和固件。這是一個比通信安全更底層的硬件/操作系統(tǒng)級別的安全措施。

EtherCAT協(xié)議本身并不直接規(guī)定安全啟動的實現(xiàn)方式，但一個完整的EtherCAT主站系統(tǒng)（尤其是運行在嵌入式Linux或?qū)Ｓ糜布希┛梢酝ㄟ^以下方式實現(xiàn)安全啟動：

硬件級信任根：

在處理器或SoC中集成一個不可篡改的信任根，例如支持TPM（Trusted Platform Module）芯片或處理器內(nèi)置的RoT（Root of Trust）。

系統(tǒng)上電時，首先由這個硬件信任根驗證引導(dǎo)加載程序（Bootloader）的數(shù)字簽名。

鏈?zhǔn)津炞C：

被驗證的Bootloader再驗證操作系統(tǒng)內(nèi)核的簽名。

操作系統(tǒng)內(nèi)核再驗證其上運行的應(yīng)用程序（如EtherCAT主站軟件）的簽名。

這個過程就像一個鏈條，每一環(huán)都驗證下一環(huán)的合法性，確保整個軟件棧都是可信的。

安全固件更新：

提供一個安全的機(jī)制來更新固件和軟件，確保更新包本身是經(jīng)過簽名的，并且更新過程是原子性的（要么完全成功，要么失敗回滾到舊版本），防止更新過程中被篡改或因斷電等原因?qū)е略O(shè)備變磚。

Q

如何滿足QoS要求？

A

取決與多方面因素，包括現(xiàn)場的線纜質(zhì)量、電磁干擾等多方面原因。EC-Master是一個軟件通訊，可以保證通訊層的可靠性和低延時。

Q

網(wǎng)絡(luò)延時大嗎？平均實時性能能達(dá)到多少？

A

EtherCAT是實時的現(xiàn)場總線，其網(wǎng)絡(luò)延時在納秒級。實時性能實測在RZ/G2L中可以實現(xiàn)1ms周期控制數(shù)個電機(jī)正常工作。

Q

EC-Master支持的最大獨立網(wǎng)段數(shù)量是多少？是否受硬件限制？

A

EC-Master支持的最大獨立網(wǎng)段數(shù)量沒有固定的軟件限制，它主要受硬件資源的限制?？梢詣?chuàng)建的網(wǎng)段數(shù)量，取決于主站控制器上有多少個可用的物理以太網(wǎng)端口。

Q

多網(wǎng)段功能是否兼容第三方EtherCAT從站設(shè)備？

A

完全兼容。

EC-Master的多網(wǎng)段功能與第三方EtherCAT從站設(shè)備之間沒有任何兼容性問題。這是由EtherCAT協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和開放性決定的。前提是符合ETG標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT從站，最好是通過了一致性認(rèn)證。

Q

SDK是免費的嗎？可以提供定制方案嗎？

A

EC-Master是商用協(xié)議棧，本身是收費的。

我們可以為客戶提供定制化的服務(wù)，譬如硬件適配，底層通訊實現(xiàn)等。

Q

有哪些合作客戶作為案例？

A

我們客戶分布廣泛，在工業(yè)機(jī)器人、自動化、CNC、醫(yī)療等多個領(lǐng)域均有應(yīng)用。

中國地區(qū)典型客戶有：

匯川、雷賽、埃斯頓、優(yōu)必選、廣數(shù)、聯(lián)影

Q

EtherCAT的網(wǎng)口可以集成PoE進(jìn)行遠(yuǎn)程供電嗎？

A

可以，但這通常不是通過標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT網(wǎng)口直接實現(xiàn)的，而是通過特定的硬件或技術(shù)方案。

方案一：使用支持PoE的EtherCAT從站設(shè)備（最直接）

這是最理想的方案。一些EtherCAT從站制造商（如Beckhoff、Hilscher等）推出了內(nèi)置PoE受電功能的I/O模塊或耦合器。

工作原理：

這些設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT通信端口之外，還集成了PoE的受電電路。它們可以直接從一個支持PoE的交換機(jī)或PoE注入器獲取電力，而無需外接24V DC電源線。

如何實現(xiàn)：

您需要一個支持PoE的以太網(wǎng)交換機(jī)（通常是PoE+或PoE++標(biāo)準(zhǔn)，以提供足夠功率）。

將您的PoE交換機(jī)連接到主站控制器。

使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線，從PoE交換機(jī)的端口連接到支持PoE的EtherCAT從站設(shè)備。

設(shè)備上電后，會通過網(wǎng)線同時獲取數(shù)據(jù)和電力。

優(yōu)點：

布線極其簡單，一根網(wǎng)線解決所有問題。

缺點：

設(shè)備選擇范圍相對較小，且成本可能略高。

方案二：使用EtherCAT P（EtherCAT的官方解決方案）

EtherCAT P是由EtherCAT發(fā)明者Beckhoff推出的一個官方擴(kuò)展技術(shù)，它將24V DC電源線和通信線集成到了一根標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽雙絞線中。

工作原理：

EtherCAT P重新定義了網(wǎng)線中8根芯線的用途。除了傳輸EtherCAT數(shù)據(jù)外，它還利用空閑的線對來傳輸24V電源（最高可達(dá)3A）。

如何實現(xiàn)：

您的主站需要支持EtherCAT P，或者使用一個EtherCAT P耦合器（如Beckhoff的EK1122）。

您的從站設(shè)備也必須是支持EtherCAT P的型號。

使用標(biāo)準(zhǔn)的CAT5e網(wǎng)線即可連接。

優(yōu)點：

標(biāo)準(zhǔn)化：這是ETG認(rèn)可的技術(shù)，互操作性好。

功率高：能提供比標(biāo)準(zhǔn)PoE（IEEE 802.3af/at/bt）更高的功率，適合驅(qū)動器等功耗較大的設(shè)備。

與PoE共存：EtherCAT P的電壓是24V，與PoE的48V不同，兩者不會沖突。

缺點：

需要主站和從站都支持EtherCAT P，目前生態(tài)系統(tǒng)還在發(fā)展中。

方案三：使用PoE分離器（靈活的改造方案）

如果您已經(jīng)有不支持PoE的EtherCAT從站設(shè)備，但想利用現(xiàn)有的PoE交換機(jī)，可以使用PoE分離器。

工作原理：

PoE分離器是一個小盒子，它從網(wǎng)線中提取PoE電力，然后通過一個直流電源插頭輸出給您的設(shè)備。

如何實現(xiàn)：

在PoE交換機(jī)和您的EtherCAT從站之間，串聯(lián)一個PoE分離器。

PoE分離器的輸入端連接來自交換機(jī)的網(wǎng)線。

它的數(shù)據(jù)輸出端（網(wǎng)線口）連接到EtherCAT從站的網(wǎng)口。

它的電源輸出端（DC插頭）連接到EtherCAT從站的外部電源輸入口。

優(yōu)點：

非常靈活，可以讓任何不支持PoE的設(shè)備享受PoE布線的便利。

缺點：

每個設(shè)備都需要額外增加一個分離器，增加了故障點和部署復(fù)雜性。

方案四：使用獨立的PoE交換機(jī)和供電（不推薦但可行）

理論上，您可以將一個不支持PoE的EtherCAT從站連接到一個PoE交換機(jī)的非PoE端口上，然后從同一個PoE交換機(jī)的另一個PoE端口取電（通過PoE分離器），但這完全失去了PoE的意義，不如直接用普通交換機(jī)。

更多信息，請訪問RZ MPU產(chǎn)品網(wǎng)頁及瑞薩嵌入式小百科微信公眾號。