内容简介：成本优化的工业以太网通信 就要这么做？| 智慧产品圈
在工业4.0、中国制造2025的“指挥棒”下，智能制造不断发酵。作为工厂自动化的一个重要组成部分，工业以太网亦大行其道，以成就高度集成和可扩展的工业4.0就绪解决方案。各国也出台了许多协议标准，主流的工业以太网协议包括Ethernet/IP、Profinet、Powerlink、EtherCAT、Sercos III等，以及CANopen等。问题来了，如何开发可用于多个不同通信网络的解决方案？
传统MCU+ASIC方案要“进化”
工业自动化系统涉及两大层面，第一层是操作者界面，主要是工业PC/人机交互层面。第一层是控制级，包括主控制点如数控机床、PLC、马达控制等，从控制点如传感器、工业电机驱动器、工业机器人或摄像头等，从控制点除工业机器人外均需要支持以太网通信。
而对于主流工业以太网协议而言，基于技术、实时性、标准化状态及市场方面的战略考量，大约四分之三的工业以太网使用Ethernet/IP、Profinet或Modbus/TCP，其次为Powerlink和EtherCAT，这两个系统特别适合硬实时性要求。而Modbus/TCP则是其用户组织ODVA已表明它将被集成到EtherNet/IP网络中。而对于Sercos III，尽管它的市场份额比较小，但是它在高速运动控制领域扮演着非常重要的角色。
随着工业自动化的“升级”，如何在原有的工业系统快速添加以太网通信，使其能顺利“连接”，同时兼容低成本和灵活性成为重要考量。
德州仪器（TI）处理器营销总监 Adrian Valenzuela提及，在工业以太网通信上，以往架构是MCU+ASIC，比如要支持EtherCAT，一般会采用专门的ASIC；而要实现Profibus、Profinet等，也需要再添加专用的ASIC。这样不仅会增加系统成本，而且灵活性也大打折扣。
要让工业4.0“芝麻开门”，低成本的可编程方案才能释放“魔力”。为应对这一需求，TI最新开发了多协议工业通信处理器AMIC110 SoC，基于Sitara处理器平台，集成了 ARM Cortex-A8和PRU-ICSS（基于PRU的工业通信子系统)，具有灵活的外设、工业温度范围和统一的软件支持。与只支持单一工业以太网标准的ASIC不同的是，通过PRU-ICSS，AMIC110 SoC可针对不同协议进行再编程，从而可轻松支持10多个工业以太网标准。
实现灵活部署和低成本优势
而这一SoC带来的利好是显而易见的。Adrian Valenzuela 详细说，一方面，AMIC110 SoC实现了“二合一”，可高效将工业的非网络设计(如电机驱动器)转换为网络系统，在一些低端的Sensor和I/O控制设备上，只需一颗AMIC110 SoC 芯片就可搞定。另一方面，AMIC110 SoC具备的软件可编程性，使客户可运行不同的通信标准，而非仅针对一种标准，这使得在使用不同协议的不同项目中重用同一设备成为可能。而且特别是如果协议发布了功能变更，或者在新的协议发布后需要完全对SoC进行重新编程，那么可重新编程性便使得升级更加“Easy”。
而无论是BOM成本或迁移的开发成本，也都是“量级”的下探。Adrian Valenzuela分析说，通过移除外部的ASIC芯片，整个BOM成本大约可节省四成左右，并且同一平台可支持多种协议。虽然迁移成本与客户的研发实力相关，但TI能做到尽量简便。他举例说，有些ASIC芯片接口是串行外设接口（SPI），那TI可模拟将芯片当成ASIC，通过SPI与现有的系统整合，这样可最大限度地减少客户的研发成本，客户不需要更改任何软件就可运行。
如一个电机控制应用程序可使用TI的C2000来控制电机，C2000在马达控制领域已有31年的历史，国内众多马达控制厂商均已大量采用。为了添加像EtherCAT这样的协议，C2000 MCU可通过SPI与AMIC110进行通信，而AMIC110 SoC将处理至网络其余部分的协议。
▲ 图：使用AMIC110和C2000实现电机控制的示例
特别值得一提的是，此芯片在处理器SDK中支持 Linux 和TI RTOS，包括最新的Linux和实时的Linux。采用处理器 SDK开发工具，即可解决问题。并且，其不仅可以支持全部TI的MCU，而且支持客户选择的其它MCU。在工业自动化各层面，TI均有相应的MCU应对，再加上AMIC110的助力，工业4.0的步伐也将“更近一步”。
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