時間敏感網(wǎng)絡(luò)解決方案彌合了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的通信缺口

作者：恩智浦半導(dǎo)體邊緣處理業(yè)務(wù)工業(yè)自動化營銷全球負(fù)責(zé)人 Christian Castel 時間：2022-06-09 來源：電子產(chǎn)品世界

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202206/434983.htm

全新i.MX RT1180帶有千兆時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）交換機，集成強大的實時網(wǎng)絡(luò)性能來處理時間敏感和工業(yè)實時通信，同時帶有先進(jìn)的EdgeLock?安全區(qū)域，以及廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，幫助開發(fā)人員獲得簡化的微控制器開發(fā)體驗。

世界各地的制造商已經(jīng)在利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)從根本上提升運營、簡化生產(chǎn)并優(yōu)化制造能力制造商們并沒有拆除現(xiàn)有工廠，重建生產(chǎn)車間，而是添加部署了更高效的設(shè)備、更先進(jìn)的機器人和更快速的網(wǎng)絡(luò)。

而諸如PROFINET等傳統(tǒng)協(xié)議之間的通信缺口使這些新技術(shù)難以與現(xiàn)有系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。時間敏感數(shù)據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸。這種完全同步的操作需要能支持復(fù)雜協(xié)議組合并提供向后兼容的技術(shù)。

為此，不僅需要優(yōu)化的處理能力、低功耗、硬件安全和靈活的架構(gòu)，同時還需要系統(tǒng)具備時間敏感網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。

恩智浦致力于擴(kuò)展i.MX RT跨界MCU產(chǎn)品組合，以滿足日益增長的工業(yè)應(yīng)用需求。最新發(fā)布的i.MX RT1180跨界MCU是恩智浦首款集成千兆時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）交換機的MCU，支持實時通信和多種通信協(xié)議，實現(xiàn)了現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)和Industry 4.0平臺之間的融合。i.MX RT1180也是恩智浦首款帶有EdgeLock?安全區(qū)域的恩智浦跨界MCU，EdgeLock?安全區(qū)域是一個預(yù)配置、自管理式自主片上安全子系統(tǒng)，可簡化為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智能制造部署可靠的系統(tǒng)層面安全的復(fù)雜性。

最新動態(tài)：用集成TSN交換機、支持多協(xié)議的i.MX RT1180跨界MCU駕馭工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信應(yīng)用。

通過利用集成TSN交換機和安全區(qū)域的一體化MCU解決方案，開發(fā)人員可以實現(xiàn)各種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求，處理時間敏感型流量和力盡所能的傳輸流量，支持安全自動化系統(tǒng)實現(xiàn)實時通信能力。

邁向工業(yè)多協(xié)議互聯(lián)的新時代

使用集成TSN交換機和支持多協(xié)議的MCU可帶來顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。數(shù)據(jù)可以通過交換機傳入或傳出，而實時數(shù)據(jù)傳輸可以在無延時的情況下中斷非實時數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)隊列由交換機驅(qū)動程序管理，并與協(xié)議棧連接，以實現(xiàn)最高效的數(shù)據(jù)傳輸。得益于此，應(yīng)用軟件可以從管理交換機、設(shè)置低層寄存器或跟蹤復(fù)雜的時間管理過程的任務(wù)中解放出來，使時間敏感型應(yīng)用能夠始終正常運行。

i.MX RT1180是恩智浦最小的帶實時工業(yè)網(wǎng)絡(luò)功能的MCU之一，因此更容易將應(yīng)用相關(guān)的多協(xié)議和TSN功能集成到更廣泛的工業(yè)用例中。自動化任務(wù)需要實時控制所有設(shè)備和整個工廠，并保證高精度、低延遲，RT1180提供了優(yōu)化的解決方案。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用場景包括工廠自動化、緊湊型運動控制、電機控制工業(yè)網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、交流/伺服驅(qū)動器、遠(yuǎn)程I/O管理和IO鏈路控制器。

i.MX RT1180跨界MCU支持符合EC/IEEE 60802工業(yè)TSN規(guī)范的最新TSN標(biāo)準(zhǔn)，以及多種工業(yè)實時網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括EtherCAT、PROFINET、Ethernet/IP、CC-Link IE和HSR。它還提供多達(dá)5個千兆網(wǎng)絡(luò)端口，包括第2層TSN交換機上的4個端口和TSN端點控制器上的1個端口。

i.MX RT1180的TSN交換機支持上述所有最新版本的TSN標(biāo)準(zhǔn)

除了提供集成的TSN解決方案外，i.MX RT1180跨界MCU還可作為工業(yè)設(shè)計中的配套芯片，無需板載PHY，即可在主機設(shè)備和配套設(shè)備之間提供無縫的1 Gb直接通信，進(jìn)而省下額外的電源并節(jié)約成本。

為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)保駕護(hù)航

雖然智能工廠帶來的好處毋庸置疑，如提高生產(chǎn)和調(diào)運效率并節(jié)省成本，但工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)也帶來了新的安全風(fēng)險。隨著工廠聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的激增，潛在的網(wǎng)絡(luò)安全威脅也在增加。工業(yè)流程、運營和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)不足，易受攻擊，如盜用公司數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權(quán)、干擾或阻礙流程控制、網(wǎng)絡(luò)安全漏洞以及對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈的大面積攻擊。

為了幫助工廠、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)抵御數(shù)字攻擊，制造商必須采用并不斷維護(hù)先進(jìn)、全面的工業(yè)安全平臺。從設(shè)備端和系統(tǒng)級保護(hù)提升安全性，對確保當(dāng)今智能互聯(lián)工廠的安全至關(guān)重要。即使是MCU等系統(tǒng)級組件也必須提供高級安全功能。恩智浦的EdgeLock安全區(qū)域是完全集成的芯片上安全子系統(tǒng)，正好滿足要求。

EdgeLock安全區(qū)域的功能可以看作i.MX RT1180跨界MCU中的“安全總部”，監(jiān)督所有安全功能，保護(hù)設(shè)備免受物理和網(wǎng)絡(luò)攻擊。它能自主管理關(guān)鍵安全功能，如管理信任根、運行時證明、信任配置、安全啟動、密鑰管理和加密服務(wù)等，簡化為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實現(xiàn)強大的設(shè)備范圍安全智能的復(fù)雜性。

EdgeLock安全區(qū)域還為IEC 62443系統(tǒng)合規(guī)性奠定了器件級基礎(chǔ)。IEC 62443是一套安全標(biāo)準(zhǔn)，定義了工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)（IACS）的安全開發(fā)。這些標(biāo)準(zhǔn)為應(yīng)對工業(yè)廠房、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)安全威脅要求提供了必要的基礎(chǔ)。IEC 62443合規(guī)性有助于制造商避免部分和/或沖突要求的激增，可滿足多個行業(yè)部門和運營場所對運營技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全需求。

專為提高效率而設(shè)計

為了提供高性能、高能效和設(shè)計靈活性，i.MX RT1180跨界MCU的高效SoC設(shè)計包括雙核架構(gòu)，搭載800 MHz Arm? Cortex?-M7和Cortex?-M33內(nèi)核，可協(xié)調(diào)實時和應(yīng)用處理任務(wù)。它可以輕松地與恩智浦i.MX處理器等主機芯片進(jìn)行通信。這種兼容性簡化了工業(yè)設(shè)計并精簡了實施方案。無需板載PHY即可實現(xiàn)高達(dá)1Gbps的可擴(kuò)展無縫主/從芯片通信，有助于降低工業(yè)設(shè)計中的功耗和成本。

i.MX RT1180結(jié)構(gòu)框圖

歡迎下載結(jié)構(gòu)框圖

i.MX RT1180片內(nèi)集成了電源管理IC（PMIC），專為實現(xiàn)高能效而設(shè)計，適合設(shè)計功耗為250mW及以上的應(yīng)用場景，有助于對許多工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要的卓越能效，同時還可降低電路板的復(fù)雜性和BOM成本。

i.MX RT1180跨界MCU采用10 mm x 10 mm或14 mm x 14 mm BGA封裝，可在穩(wěn)健的擴(kuò)展溫度范圍（-40?C至+125?C）下運行，為全年全天候運行的工廠設(shè)備提供工業(yè)認(rèn)證和高可靠性，另外還提供汽車級AEC-Q100認(rèn)證產(chǎn)品。

廣泛的開發(fā)人員生態(tài)體系簡化了基于i.MX RT1180 SoC搭建系統(tǒng)的嵌入式設(shè)計體驗。MCUXpresso軟件和工具套件包括設(shè)備配置工具、驅(qū)動程序和中間件、功能齊全的IDE、SDK示例和安全配置工具，適用于基于Arm Cortex-M技術(shù)的恩智浦MCU。

i.MX RT1180跨界MCU為智能工廠搭建了通往未來的橋梁，采用集成的TSN交換機彌合了傳統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之間的缺口。詳細(xì)了解i.MX RT1180的多協(xié)議功能、高級安全性和高效設(shè)計。