前篇回顧：

工程師說 | RX系列軟件的歷史和今后的展望 #1

工程師說 | RX系列軟件的歷史和今后的展望 #2

工程師說 | RX系列軟件的歷史和今后的展望 #3

工程師說 | RX系列軟件的歷史和今后的展望 #4

工程師說 | RX系列軟件的歷史和今后的展望 #5

本篇將為大家介紹如何在RX產品家族典型的100MHz級MCU中搭載網絡軟件。

Hiroki Ishiguro

Sr Principal Software Engineer

近年來，日常生活中的電子設備也都開始支持聯網功能。RX產品家族主要用于工廠自動化設備，以及空調設備、電梯控制、照明設備控制等建筑自動化領域，在這些領域中網絡功能是必不可少的。

自2003年入職以來，我一直在開發用于瑞薩單片機的TCP/IP協議棧。從我的經驗來看，物聯網化的問題在于“如何實現TCP/IP”。

RX產品家族用TCP/IP協議棧 [M3S-T4-Tiny]

長按二維碼或復制網址到瀏覽器中打開

https://www.renesas.cn/cn/zh/software-tool/tcpip-protocol-stack-m3s-t4-tiny-rx-family

接下來我們將進一步明確這個問題。在1995年Windows 95發布時，運行Windows的CPU的運行頻率為100～200MHz，而到2023年，RX產品家族的主要產品RX65N的最大運行頻率為120MHz，這與1995年發布的Windows 95運行所需的CPU運行頻率（100～200MHz）相當。從那時起，搭載Windows 95的電腦就開始使用SSL等加密通信連接到互聯網（實際上，SSL（現在被稱為TLS）開始廣泛使用是在2000年之后）。基于這一事實，RX65N等MCU也應該能夠連接到互聯網。

然而，似乎只有一部分領先用戶正在努力實現自己產品的物聯網化。這其中必定存在著某種障礙。這一障礙就是“如何實現TCP/IP”。編者認為想要消除這一障礙就需要“像Windows 95那樣具有聯網功能的操作系統的普及”。

正如我們在本系列文章中多次介紹的，作為對上述問題的解決方案，瑞薩與AWS和Microsoft建立了合作關系，共同開發了針對瑞薩單片機的實時操作系統“FreeRTOS”和“Azure RTOS”。

本次，我想重點從技術層面解釋一下“如何實現TCP/IP”。理解TCP/IP的基本前提是“OSI參考模型”。對于熟悉計算機網絡的人來說，這可能是一個并不陌生的概念。它是將表示計算機及其內部電信號的物理層作為第1層，將第2層到第7層按照軟件處理數據的角色進行分層化的概念模型。關于在物聯網設備中使用的主要協議及其功能，我匯總在了下表中供大家參考。

對于個人電腦和智能手機等裝有通用操作系統的電子設備，第2層到第6層的功能集成在操作系統中，并作為操作系統功能提供給第7層即應用層的開發者。同樣，在裝有RX產品家族的MCU基礎嵌入式系統中，第2層到第6層的功能集成在“FreeRTOS”或“AzureRTOS”等實時操作系統中，并作為操作系統功能提供給第7層即應用層的開發者。由于以往實時操作系統和第2層到第6層的功能是分開的，由不同的軟件供應商提供，所以在這種情況下，用戶在進行第7層的應用開發之前，必須先處理作為基礎的第2～6層的構建，這正是問題所在。此外，在當前使用WiFi/蜂窩等無線模塊的情況下，第1～4層在無線模塊端，第5～7層在MCU端，OSI參考模型本身在不同的計算機之間進行橋接實現，這是一個相當復雜的構成。并且，無論是在MCU端還是無線模塊端，都需要CPU來處理TLS和TCP/IP等數據，這將大大提升系統整體的功耗。如果在MCU端實現MQTT或TLS，那么無線模塊端的MQTT或TLS就會閑置，相關的程序存儲內存就會被浪費。

Ethernet將第1層集成到MCU內（僅信號轉換部分使用外部芯片，即所謂的PHY芯片），并且使第2～4層在MCU上以軟件形式存在，這種成本最優的配置在過去10年已經在市場中得到了普及。因此，我們認為在無線模塊中也將出現類似的變化。

正如我們此次介紹的，建立網絡系統是一件非常有趣的事情，同時隨著時代的發展，最佳配置也會發生變化。特別是在基于MCU的物聯網系統中使用無線模塊時，從OSI參考模型出發的設計變得非常重要。瑞薩一直希望通過溝通與交流為廣大客戶提供與時代相匹配的最佳解決方案。因此，為了讓客戶能夠專注于應用的開發，我們會繼續致力于「FreeRTOS」和「Azure RTOS」等實時操作系統的開發工作。

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瑞薩電子 (TSE: 6723)

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