i.MX RT1180是恩智浦最近推出的一款高性能跨界處理器，其中包含了300MHz的Arm Cortex-M33核以及800MHz的Arm Cortex-M7核，集成了多種網絡功能如時間敏感網絡 (TSN) 交換機、EtherCAT SubDevice控制器等。同時，芯片內部集成了先進的電源管理模塊，便于降低復雜的外部電源設計，并且還提供了多種外部存儲接口和豐富的外設。

工業以太網在工業自動化中的應用

工業以太網將以太網技術延伸至工業控制場景，主要應用于工廠自動化、過程自動化、智能倉儲與物流、能量管理等領域。相比于傳統總線，工業以太網具有以下優勢：

更高帶寬的傳輸速度，更好的兼容性

工業以太網傳輸速率可達100Mbps至10Gbps，支持大帶寬數據傳輸，且兼容IT網絡標準，易于與云端、ERP系統對接；而傳統工業總線傳輸速率較低 (通常≤1Mbps)，協議封閉，跨系統集成困難。

支持遠距離傳輸與強拓展性

以太網通過交換機可擴展傳輸距離 (單段超100米)，支持大規模組網。

高實時性

工業以太網通過實時協議 (如EtherCAT、Profinet) 解決傳統以太網的傳輸延遲問題，實時性接近傳統總線，同時支持多設備并發通信。

低維護成本

以太網硬件標準化程度高，成本低，且維護方便 (持熱插拔、遠程診斷)，傳統總線設備專用性強，硬件與協議定制成本高，升級維護復雜。

更強的靈活性與開放性

工業以太網支持IP協議，可直接接入互聯網，便于實現遠程監控與工業物聯網 (IIoT) 融合；傳統總線協議封閉，需網關轉換才能與外部網絡通信，難以適應智能化升級需求。

迄今為止，以太網現場總線新接入節點達到76%，遠超傳統的現場總線，是未來現場總線的趨勢。

基于i.MX RT1180的EtherCAT+伺服控制

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)，即“以太網控制自動化技術”，是由德國Beckhoff公司研發的一種基于以太網的現場總線系統的開放架構。它突破傳統以太網局限，數據幀經各節點時，能高速動態讀寫數據并插入新數據，帶寬利用率超90%。

EtherCAT幾乎支持所有拓撲，周期時間短、同步精度高，從站處理器無需處理以太網封包，所有程序資料由從站控制器硬件處理，能滿足工業自動化短數據更新時間、低通訊抖動和低成本硬件的要求，在機器控制、測量系統等領域廣泛應用。

目前i.MX RT1180基于內置的EtherCAT subdevice controller已經實現了EtherCAT的EOE, COE, FOE等功能。

內置EtherCAT subdevice controller，相比于常規的外置控制器，擁有更低的成本，更高的PDI傳輸速度。恩智浦基于片內EtherCAT控制器設計了基于單顆i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服電機控制方案，并通過一臺滑臺絲桿的齒輪對接，對該方案的性能進行了展示。

該方案主站既可以利用TwinCAT實現，也可以使用SOEM進行實現，這里，選取了SOEM作為主站，其同步周期為250μs。從站節點基于CiA402協議完成數據處理，參考設計共有兩個從站節點，每個節點控制兩個電機，所有節點均運行在csp模式，單片i.MX RT1180最多可以支持四電機加現場總線方案。

基于單片i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服電機控制方案框圖

下圖給出了具體從站節點的方案圖，主要分為兩個部分：

EtherCAT通訊總線負責收發主設備的電機指令及反饋實時狀態。該部分由Cortex-M33核、片內 EtherCAT 子設備控制器和外部PHY芯片協同實現。PHY芯片通過 RMII接口連接子設備控制器，將RJ45的模擬信號轉為數字信號，再與Cortex-M33核一起完成協議棧處理。

電機控制部分，該部分由M7核完成，M7擁有更高的主頻，更高的算力，因此將用于實時性要求更高的電機控制應用。

i.MX RT1180非常適合工業通信應用， 了解該高性能跨界處理器更多詳情，請瀏覽產品官網>>

i.MX RT1180從站節點方案框圖

具備多種以太網方案

i.MX RT1180除了能夠支持EtherCAT現場總線外，還支持SN、Profinet等幾乎所有工業網絡。

i.MX RT1180支持多種以太網方案

支持多種編碼器接口協議

工業自動化對電機的控制精度要求十分嚴格，不同的應用場景需要應用不同的編碼器規格，不同的編碼器都需要對應的一套編碼器解碼外設，而i.MX RT1180可以通過靈活的FLEXIO外設模擬各種各樣的編碼器接口，僅僅需要四個引腳即可模擬市面上絕大部分的編碼器協議，能夠方便客戶節省成本與硬件設計資源，達到一套硬件電路適配多種編碼器的功能。

總結與展望

i.MX RT1180支持多種工業網路總線 (TSN、EtherCAT、Profinet等)，最高支持單芯片四電機控制的外設資源，多種多樣的外部存儲接口與通訊外設接口，主頻高達800MHz的M7核能夠及時完成繁重的電機處理任務，可以說該芯片非常適合工業自動化領域。

i.MX RT1180已加入恩智浦長期供貨計劃，承諾供貨至少15年，讓客戶后顧無憂。

本文作者

陶楷文 (Kevin Tao)，恩智浦半導體MCU系統應用工程師，他專注于i.MX RT及DSC系列電機控制應用領域，憑借在系統應用工程師團隊的豐富經驗，為客戶提供了多種多樣的電機控制相關解決方案。