瑞薩電子攜手盟通科技推出基于瑞薩RZ MPU的EtherCAT主站應用方案，為工業機器人、伺服驅動、PLC和自動化控制設備等應用場景提供完整易用的支持。

本次研討會共有2部分：

1演講內容：

瑞薩RZ MPU產品介紹

EtherCAT主站在瑞薩系列平臺的應用

2Q&A

演講內容分享

RZ家族產品陣容：

一個平臺直接支持多種工業以太網通訊協議，如EtherCAT，Profinet，EtherNet I/P，TSN等。同時，內置充足的定時器，ADC，Delta-Sigma I/F，編碼器等外設外設可實現多軸的電機驅動，單顆芯片完成伺服控制的全部功能。

RZ/T2H，RZ/N2H，多核異構，驅控一體的工業MPU平臺：

內置多達4個Cortex-A55@1.2GHz內核，搭載Linux系統，輕松完成系統級任務。

同時配備2個Cortex-R52內核和豐富的電機外設，多種編碼器協議接口，可實現8軸電機控制。

內置4路千兆網口，3x MAC，TSN，實現多協議工業以太網通訊。

另外，瑞薩還提供豐富的通用型MPU系列RZ/G，其中RZ/G2以其高性能，高可靠性，超長期支持等特點，在眾多市場中得到廣泛的應用。

今年更是基于新的工藝節點開發出RZ/G3平臺，內置多達4個Cortex-A55@1.8GHz，以滿足HMI，工業網關市場對高性能MPU的需求。

除硬件以外，瑞薩電子創新性地提供多操作系統解決方案，在一個系統中實現豐富的HMI和實時操作。

最后，瑞薩電子還介紹了針對視覺AI的產品家族RZ/V系列，人工智能算力從0.5TOPS到8TOPS，從高中低端覆蓋邊緣視覺AI的應用。

關于北京盟通科技

北京盟通科技是一家專注于實時現場總線技術及工業通訊技術的高新技術企業。盟通科技是德國Unified Automation公司、德國acontis technologies公司、德國Dina Elektronik公司在中國區域的唯一授權合作伙伴，是瑞典HMS工業網絡有限公司FSoE協議軟件（Ixxat@品牌）、CANopen協議棧（emotas）等產品的正式授權分銷商，從源頭上為客戶提供優質的產品和技術服務。

本次盟通科技展示了基于瑞薩RZ/G2L Remi Pi的EtherCAT商業主站協議，由Acontis所研發的EC-Master軟件。

EC-Master的基本功能

支持瑞薩的MPU平臺：

研討會問答部分精選

Q

RZ MPU支持自動降頻嗎？多核如何進行通信的？

A

RZ T/N不支持自動降頻，CPU工作頻率需要在啟動時通過時鐘配置；內核之間通過共享內存，核間中斷等方式通信。

Q

中斷響應演示大概最大多少？

A

100ns左右。

Q

編碼器接口支持哪些具體協議？接口兼容性和適配性如何？

A

支持A-format，EnDat，Biss，Hiperface DSL，FA-Coder。

Q

雙核啟動有先后順序嗎？

A

有，必須從CPU_0啟動。

Q

中斷響應演示大概最大多少？

A

100ns左右。

Q

N2L支持RT-Thread等實時操作系統嗎？

A

支持，RTT也發布了基于N2L平臺的測試硬件和SDK。

Q

支持的工業協議需要注冊嗎？還是可以直接用，需要認證嗎？

A

幾大主要協議：ECAT，PN，EIP Renesas都是開源提供，可以直接使用；認證，基于協議方的要求，是強制的。

Q

T2M如何解決多協議共存時的互操作性問題？

A

T2M并不支持多協議真正的同時運行，而是同一個硬件平臺可以支持多種協議。

Q

T2H的核間通信是否支持硬件加速？

A

核間通信的底層就是硬件支持，共享內存和核間中斷。

Q

多核的外設每一個核都可以訪問吧？如何防止沖突？

A

是的，可以訪問，一般來說建議客戶在系統規劃階段做好分配，確認好只能某一個核訪問的外設資源，在架構層次防止沖突；芯片內部有總線仲裁機制，通過總線仲裁來保證訪問，但是不能解決沖突。

Q

T2H/N2H支持Linux與FreeRTOS雙系統并行運行？

A

可以，T2H/N2H可以CA55跑Linux，CR52跑FreeRTOS，也可以CA55_0/1跑Linux其他CA55裸跑或者FreeRTOS（軟件并不Ready，需要從其他平臺移植）。

Q

RZ除了主站也支持從站嗎？

A

RZ/T2M，N2L，T2L：本身就是支持從站的平臺；

T2H/N2H：可以在CR52端支持從站。

Q

EtherCAT主站軟件是否支持SIL3？如何實現安全啟動與加密通信？

A

1.EtherCAT主站軟件是否支持SIL3？

支持。EtherCAT協議本身通過一個名為Safety over EtherCAT（FSoE）的協議來支持功能安全，并且可以達到IEC 61784-3標準中定義的SIL3（Safety Integrity Level 3）安全等級。

FSoE（FailSafe over EtherCAT）：

這是一種在標準EtherCAT通信協議之上運行的安全協議。它并不改變EtherCAT的實時機制，而是在標準的EtherCAT報文中嵌入一個“安全容器”，用于傳輸安全相關的數據。

黑色通道原理：

FSoE的設計理念是“黑色通道”。這意味著它將底層的通信系統（無論是EtherCAT還是其他網絡）視為一個不可靠的通道。安全性的保證完全由FSoE協議本身負責，與底層通信是否加密或是否絕對可靠無關。

如何實現SIL3：

FSoE通過在每個安全周期中傳輸安全幀校驗、連接ID和看門狗時間等信息，并持續監控這些狀態，來確保安全數據的完整性、實時性和正確性。如果檢測到任何錯誤（如數據丟失、延遲或校驗失敗），系統會立即進入安全狀態。這種機制經過了TüV（德國技術監督協會）的認證，符合IEC 61508標準，能夠滿足SIL3的要求。

2.如何實現安全啟動？

“安全啟動”在工業領域通常指確保系統（特別是設備上的控制器）在啟動時加載的是經過驗證的、未被篡改的軟件和固件。這是一個比通信安全更底層的硬件/操作系統級別的安全措施。

EtherCAT協議本身并不直接規定安全啟動的實現方式，但一個完整的EtherCAT主站系統（尤其是運行在嵌入式Linux或專用硬件上）可以通過以下方式實現安全啟動：

硬件級信任根：

在處理器或SoC中集成一個不可篡改的信任根，例如支持TPM（Trusted Platform Module）芯片或處理器內置的RoT（Root of Trust）。

系統上電時，首先由這個硬件信任根驗證引導加載程序（Bootloader）的數字簽名。

鏈式驗證：

被驗證的Bootloader再驗證操作系統內核的簽名。

操作系統內核再驗證其上運行的應用程序（如EtherCAT主站軟件）的簽名。

這個過程就像一個鏈條，每一環都驗證下一環的合法性，確保整個軟件棧都是可信的。

安全固件更新：

提供一個安全的機制來更新固件和軟件，確保更新包本身是經過簽名的，并且更新過程是原子性的（要么完全成功，要么失敗回滾到舊版本），防止更新過程中被篡改或因斷電等原因導致設備變磚。

Q

如何滿足QoS要求？

A

取決與多方面因素，包括現場的線纜質量、電磁干擾等多方面原因。EC-Master是一個軟件通訊，可以保證通訊層的可靠性和低延時。

Q

網絡延時大嗎？平均實時性能能達到多少？

A

EtherCAT是實時的現場總線，其網絡延時在納秒級。實時性能實測在RZ/G2L中可以實現1ms周期控制數個電機正常工作。

Q

EC-Master支持的最大獨立網段數量是多少？是否受硬件限制？

A

EC-Master支持的最大獨立網段數量沒有固定的軟件限制，它主要受硬件資源的限制。可以創建的網段數量，取決于主站控制器上有多少個可用的物理以太網端口。

Q

多網段功能是否兼容第三方EtherCAT從站設備？

A

完全兼容。

EC-Master的多網段功能與第三方EtherCAT從站設備之間沒有任何兼容性問題。這是由EtherCAT協議的標準化和開放性決定的。前提是符合ETG標準的EtherCAT從站，最好是通過了一致性認證。

Q

SDK是免費的嗎？可以提供定制方案嗎？

A

EC-Master是商用協議棧，本身是收費的。

我們可以為客戶提供定制化的服務，譬如硬件適配，底層通訊實現等。

Q

有哪些合作客戶作為案例？

A

我們客戶分布廣泛，在工業機器人、自動化、CNC、醫療等多個領域均有應用。

中國地區典型客戶有：

匯川、雷賽、埃斯頓、優必選、廣數、聯影

Q

EtherCAT的網口可以集成PoE進行遠程供電嗎？

A

可以，但這通常不是通過標準的EtherCAT網口直接實現的，而是通過特定的硬件或技術方案。

方案一：使用支持PoE的EtherCAT從站設備（最直接）

這是最理想的方案。一些EtherCAT從站制造商（如Beckhoff、Hilscher等）推出了內置PoE受電功能的I/O模塊或耦合器。

工作原理：

這些設備在標準的EtherCAT通信端口之外，還集成了PoE的受電電路。它們可以直接從一個支持PoE的交換機或PoE注入器獲取電力，而無需外接24V DC電源線。

如何實現：

您需要一個支持PoE的以太網交換機（通常是PoE+或PoE++標準，以提供足夠功率）。

將您的PoE交換機連接到主站控制器。

使用標準網線，從PoE交換機的端口連接到支持PoE的EtherCAT從站設備。

設備上電后，會通過網線同時獲取數據和電力。

優點：

布線極其簡單，一根網線解決所有問題。

缺點：

設備選擇范圍相對較小，且成本可能略高。

方案二：使用EtherCAT P（EtherCAT的官方解決方案）

EtherCAT P是由EtherCAT發明者Beckhoff推出的一個官方擴展技術，它將24V DC電源線和通信線集成到了一根標準的屏蔽雙絞線中。

工作原理：

EtherCAT P重新定義了網線中8根芯線的用途。除了傳輸EtherCAT數據外，它還利用空閑的線對來傳輸24V電源（最高可達3A）。

如何實現：

您的主站需要支持EtherCAT P，或者使用一個EtherCAT P耦合器（如Beckhoff的EK1122）。

您的從站設備也必須是支持EtherCAT P的型號。

使用標準的CAT5e網線即可連接。

優點：

標準化：這是ETG認可的技術，互操作性好。

功率高：能提供比標準PoE（IEEE 802.3af/at/bt）更高的功率，適合驅動器等功耗較大的設備。

與PoE共存：EtherCAT P的電壓是24V，與PoE的48V不同，兩者不會沖突。

缺點：

需要主站和從站都支持EtherCAT P，目前生態系統還在發展中。

方案三：使用PoE分離器（靈活的改造方案）

如果您已經有不支持PoE的EtherCAT從站設備，但想利用現有的PoE交換機，可以使用PoE分離器。

工作原理：

PoE分離器是一個小盒子，它從網線中提取PoE電力，然后通過一個直流電源插頭輸出給您的設備。

如何實現：

在PoE交換機和您的EtherCAT從站之間，串聯一個PoE分離器。

PoE分離器的輸入端連接來自交換機的網線。

它的數據輸出端（網線口）連接到EtherCAT從站的網口。

它的電源輸出端（DC插頭）連接到EtherCAT從站的外部電源輸入口。

優點：

非常靈活，可以讓任何不支持PoE的設備享受PoE布線的便利。

缺點：

每個設備都需要額外增加一個分離器，增加了故障點和部署復雜性。

方案四：使用獨立的PoE交換機和供電（不推薦但可行）

理論上，您可以將一個不支持PoE的EtherCAT從站連接到一個PoE交換機的非PoE端口上，然后從同一個PoE交換機的另一個PoE端口取電（通過PoE分離器），但這完全失去了PoE的意義，不如直接用普通交換機。

更多信息，請訪問RZ MPU產品網頁及瑞薩嵌入式小百科微信公眾號。