作為同步生產過程的一部分，工廠車間的機器人系統通常需要連接到工廠網絡。聯盟領導和 OEM 驅動的“開放”基于以太網的協議（例如 EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link IE 和 PROFINET）是眾多可用標準之一。機器制造商的任務是選擇一種協議來支持他們的設計。此外，伺服驅動器接口正在使用編碼器協議，例如 EnDat、BiSS、A-Format 以及其他也在協議之戰中占據一席之地的協議。

但是機器制造商真的只需要選擇一個網絡嗎？

機器級別的工業網絡需要低延遲的高效數據包處理，并且需要盡可能具有確定性。TCP/IP 協議不能用于實時控制，在這種控制中，PLC 需要向驅動器或執行器發送命令，并假設消息被快速接收和執行。相反，工業網絡協議通常使用 UDP 協議來發送數據包。接收方從設備接收數據包并執行或轉發到網絡上的下一個設備。這些不同協議的方法是定義它們自己的數據包消息或數據報，并通過定義它們自己的對象標識來利用從第 2 層（數據鏈路）定制 MAC 到第 7 層應用層。無論哪種方式，都需要工業網絡數據包軟件來處理以太網報頭和數據。

執行

多年來，該方法一直是使用 ASIC 或 FPGA 來支持這些協議并減輕 CPU 的負擔。但是，ASIC 的問題在于您通常致力于一種協議。如果你走進一家工廠，他們碰巧使用了與你支持的協議不同的協議，你將需要添加一個協議轉換器。另一方面，如果您使用 FPGA，您肯定會獲得各種協議的靈活性，但您只會增加至少 30% 的 BOM 成本，增加功耗，并增加開發復雜性.

硬件加速器

一個新選項是使用具有內置硬件加速器的 MPU 來管理數據包處理。諸如編碼和解碼數據包或計算簡單校驗和等操作可以在硬件中實現，以改進數據包處理，為其他任務釋放 CPU 帶寬。這些加速器塊從以太網幀的大部分低級處理中刪除了軟件，并且減少了軟件堆棧代碼。

圖 1：內置硬件加速器可以實現各種協議。

可重新編程的硬件

在單個設備中支持不同協議的另一種方法是讓 SoC 具有可編程塊，該塊可以配置為支持不同協議，例如編碼器。伺服驅動編碼器協議（例如 EnDAT、BiSS 或 A-Format）以特定格式攜帶有關轉子位置、角度和旋轉計數的信息。問題是如何結合在同一設備上支持多個編碼器的能力。

處理器 SoC

Renesas RZ/T1 是設計用于支持實時應用（例如伺服驅動器和運動控制器）的處理器 SoC 的一個示例。它有一個動態可重新配置處理器 (DRP) 內核，帶有一系列處理元件和一個 DMA 控制器結構，該結構可以通過固件進行現場重新配置，以實現幾乎無限多種功能。DRP 邏輯存儲在 RAM 中，因此可以在運行時在單個 CPU 周期內進行更改。?

圖 2：具有 DRP 內核的 SoC 可實現對不同編碼器接口的簡單配置。

DRP 塊可用于支持不同的絕對編碼器接口。每個編碼器的配置文件可以通過固件中的簡單更改（在 C 代碼中）進行更改，并且不需要任何類似 FPGA 的編程知識。

該處理器使用帶有 FPU 內核的 Cortex-R4，該內核專為實時處理而設計，能夠以高達 600 MHz 的頻率運行。訪問無需通過高速緩存，內置緊密耦合的存儲器，能夠進行明確的實時響應處理。配備工業以太網通信加速器 R-IN 引擎的 RZ/T1 設備可以在不損失實時性能的情況下執行工業以太網處理。

審核編輯 黃昊宇