使用瑞萨电子RZ/T2H MPU进行工业以太网开发

Author：Koichiro Sugata

01工业自动化中日益重要的多网络支持以及存在的设计挑战

近年来，随着制造业对自动化需求的不断增长，为 PLC、运动控制器和CNC等工业控制器设备提供多样化的网络支持变得尤为重要。

控制器设备需要EtherCAT和PROFINET等工业以太网（IE）控制器的支持，才能作为网络设备与伺服系统和变频器等设备进行通信。

另一方面，也存在同一网络同时支持多种协议以及多个网络使用同一协议的情况。此外，采用通用以太网与工厂管理系统和HMI设备（如运动控制器、CNC等）进行通信，小型PLC使用IE与主PLC连接也是很有必要的。在使用不同制造商的设备和系统的工厂中，支持多协议IE以支持运输目的地所使用的IE协议也很重要。

因此，要开发工业控制器设备，就需要满足灵活的网络支持需求，比如IE控制器和设备都能支持多个协议，以及让通用以太网具备多个端口。

为了支持各种协议和多个以太网端口，除了执行主要处理任务的MPU外，还需要添加专用的通信LSI（如带有可编程硬件的FPGA或支持EtherCAT和 PROFINET的通用微控制器），以灵活满足网络要求。除了支持以太网外，每个设备也需要配备自有电源和内存，而且还必须实现主MPU与附加设备之间的通信，这就使得硬件设计变得更加复杂。

图1：适用于各种网络的LSI组合

02仅单个芯片即可灵活满足各种网络要求

要实现上述网络要求，所选择的MPU必须配备支持多种网络、外设和操作系统的CPU。

RZ/T2H MPU配备了业内一流的Quad ArmCortex-A551.2GHz作为应用CPU，并配备了支持32位LPDDR4-3200的DDRIF作为大容量高速存储器，可运行在IE控制器中广泛应用的Linux操作系统。

除应用CPU外，RZ/T2H中还嵌入了两个Arm Cortex-R52 CPU作为实时CPU，每个CPU中还嵌入了576KB的大容量紧耦合内存（TCM），用于进行实时控制。此设计消除了执行时间抖动问题，实现了确定性的高速响应处理，使RZ/T2H成为了一款理想的MPU，非常适合需要在预定周期内响应控制器的IE设备。

在网络功能方面，RZ/T2H配有一个EtherCAT从站控制器（ESC）、一个用于PROFINET和EtherNet/IP的三端口以太网交换机（ETHSW）、三通道千兆以太网Mac（GMAC）以及一个用于灵活连接这些功能和四个外部端口的多路复用器。

RZ/T2H是一个可支持各种网络要求的MPU，它减少了硬件设计工时，使设计人员能够用更少的组件构建体积更小的PCB板。

图2：RZ/T2H的硬件配置

以PLC为例，GMAC分配给一共三个端口——两个端口用于IE控制器。一个端口用于连接监控系统和HMI的通用以太网。对于运动控制器和CNC，四个端口中的两个可用作IE设备（如EtherCAT），其余两个端口可用作IE控制器。

RZ/T2H MPU让用户可以根据通信目的从应用CPU 和实时CPU中选择最合适的CPU，并凭借丰富的网络功能灵活支持IE控制器、设备和通用以太网，从而减少了专用通信LSI等组件的数量。此外，如果在模型部署过程中出现不同的网络要求，只需在软件中更改对外部端口的分配即可，无需更改硬件，这极大地降低了硬件开发成本。

03评估板、网络平台开发所需的示例程序

EVK-RZ/T2H配备了所有必要的组件，如RZ/T2H中的大容量LPDDR4内存和四个以太网连接器，因此用户能够开发各种网络软件。

图3：RZ/T2H评估板（RTK9RZT2H0S00000BJ）

用户还可以从RZ/T2H产品网站下载Linux和 FreeRTOS示例程序，以便借助EVK快速启动开发工作。此外，瑞萨电子官网还有大量适用于IE控制器和设备–OPCUA和EtherCAT–以及通用以太网等网络的示例程序可供选择。通过下载各种示例程序并与评估板配合使用，您可以立即开始使用RZ/T2HMPU进行下一步网络开发。