在工業(yè)控制系統(tǒng)和工廠或過程自動化設(shè)備當(dāng)中，大量存在傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線通信設(shè)備，隨著智能制造、工業(yè)4.0的發(fā)展，傳統(tǒng)現(xiàn)場總線越發(fā)表現(xiàn)出其不足，如數(shù)據(jù)傳輸速率受限，難以滿足高速數(shù)據(jù)的要求；其二，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞撵`活性不足，限制設(shè)備數(shù)量和連接方式；再者，現(xiàn)場總線的實時響應(yīng)速度也因為技術(shù)瓶頸而受到限制；當(dāng)然還有其他的一些問題。

為此，走向高速數(shù)據(jù)傳輸、支持靈活網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、較高的實時性、確定性和低延時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成為主流和市場趨勢。工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）是基于IEEE 802.3（Ethernet）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)，是專門針對工業(yè)控制系統(tǒng)和工廠或過程自動化設(shè)備設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。它在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但產(chǎn)品和應(yīng)用有所不同。對比于傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線，工業(yè)以太網(wǎng)能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場在材質(zhì)選用、產(chǎn)品強(qiáng)度、適用性、實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面的特殊需求。按照協(xié)議分類，工業(yè)以太網(wǎng)可以分為EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP、時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）等。

為了聚焦工業(yè)4.0核心需求，探討工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)方向，解析瑞薩電子在工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域的創(chuàng)新優(yōu)勢，推動產(chǎn)業(yè)合作與生態(tài)共建，瑞薩電子將于2025年3-4月在全國六大城市（深圳、廣州、北京、蘇州、西安、上海）巡回舉辦以《芯引擎——為工業(yè)以太網(wǎng)打造芯動力》為主題的，2025瑞薩工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)日，為工程師與企業(yè)決策者提供實時通信技術(shù)最佳解決方案，通過案例剖析、現(xiàn)場演示、動手實踐，全方位解讀瑞薩電子最新EtherCAT/PROFINET/EIP解決方案，洞察行業(yè)發(fā)展趨勢，助力企業(yè)高效開發(fā)更具競爭力的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。

瑞薩電子在工廠或過程自動化上有著悠久且長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略部署。從系統(tǒng)的控制層，有瑞薩電子RZ/RA/RX MCU/MPU針對PLC，PLC IO、耦合器、工業(yè)網(wǎng)關(guān)等不同解決方案；在現(xiàn)場域?qū)用?，瑞薩電子也發(fā)布了集成高精度模擬前端和數(shù)字于一體的MCU，應(yīng)用于工廠高精度傳感器，如溫度調(diào)節(jié)器、記錄儀和壓力表等傳感器設(shè)備上，與此同時，基于IO-Link的數(shù)字、雙向、串行傳輸標(biāo)準(zhǔn)的IO-Link Hub/主站等參考設(shè)計；還有廣泛應(yīng)用在機(jī)器人手臂、伺服電機(jī)驅(qū)動、變頻器控制等應(yīng)用領(lǐng)域，瑞薩電子有支持多工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與電機(jī)驅(qū)動于一體、集成度高的MCU/MPU等。最后，隨著邊緣側(cè)AI（人工智能）以及基于IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的，符合TUV安全等級SIL3的功能安全的發(fā)展，如何與工業(yè)自動化應(yīng)用融合也成為瑞薩電子深入探討課題及重點部署。

回歸到此次技術(shù)日，瑞薩電子主要討論了工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品、解決方案等部署。截止目前為止，瑞薩電子的MCU/MPU已經(jīng)可以覆蓋了主流75%的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如：EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP、Modbus TCP等。以上75%主流的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議將由瑞薩電子原廠直接免費提供，客戶可以快速的構(gòu)建自己的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議產(chǎn)品。其他的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如CC-LINK，POWERLINK 等則可通過瑞薩合作伙伴擴(kuò)展支持。

那么，為什么瑞薩會在工業(yè)以太網(wǎng)這塊重點部署呢？瑞薩電子在這一塊技術(shù)上的核心優(yōu)勢有哪些呢？

首先，瑞薩電子對主流的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議（這里主要指：EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP）均通過了認(rèn)證，并獲得了一致性測試的認(rèn)證證書；除此之外，對于EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，瑞薩電子也是免費提供的，客戶無需另外付費評估或量產(chǎn)。針對于Profinet工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，瑞薩電子也在2025年3月10日正式宣布面向其RZ/T和RZ/N系列工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)微處理器（MPU）推出經(jīng)認(rèn)證的PROFINET IRT和PROFIdrive軟件協(xié)議棧。初始軟件版本適用于專為伺服電機(jī)控制應(yīng)用設(shè)計的RZ/T2M MPU，同時適用于面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用（如遠(yuǎn)程IO或工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備）的RZ/N2L。使用搭載該軟件協(xié)議棧的瑞薩產(chǎn)品，可以簡化客戶設(shè)備的認(rèn)證過程。

“

如西門子Efrossini Tsouchnika，Vice President Control at Siemens Digital Industries評論：“工業(yè)客戶現(xiàn)在可以在PROFINET生態(tài)系統(tǒng)中享受瑞薩電子提供的無縫集成選項，我們期待在瑞薩電子投資PROFINET技術(shù)的未來迭代時繼續(xù)合作?！?/p>

”

其次，瑞薩電子全面支持TSN下一代千兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。目前，瑞薩電子的MCU/MPU產(chǎn)品線都支持以太網(wǎng)子系統(tǒng)的多種配置，比如通過多路復(fù)用實現(xiàn)各種3x EtherCAT，2x EtherCAT+1x Ethernet或者3x Gigabit TSN等多種不同的以太網(wǎng)協(xié)議配置，并集成了集成TSN交換機(jī)和Beckhoff的EtherCAT IP，避免了互操作性問題；內(nèi)置的千兆TSN（基于IEEE802.1Q開發(fā)的一套協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)）交換機(jī)，并搭配內(nèi)置的千兆MAC，支持時間同步（802.1AS-2020，802.1AS-Rev）、數(shù)據(jù)調(diào)度和流量整形（Qbv）和幀搶占（Qbu/Qbr）等TSN協(xié)議族來實現(xiàn)數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)的實時、確定性傳輸，保證對實時性要求高的不同應(yīng)用場景需求。

針對瑞薩發(fā)布PROFINET SDK軟件包，瑞薩電子將提供一站式的Profinet的解決方案：從芯片本身來看，RZ/T2M以及RZ/N2L均能支持西門子原生態(tài)的Profinet協(xié)議棧及Profidrive行規(guī)，相應(yīng)的參考板可以支持客戶快速評估Profinet的功能、性能指標(biāo)，加速原型機(jī)的開發(fā)，減少開發(fā)周期。從軟件層面，除了底層驅(qū)動，瑞薩也將免費提供通過一致性測試，并獲得Profinet協(xié)議棧的認(rèn)證證書。

瑞薩電子提出的PROFINET解決方案的概念是基于瑞薩電子和西門子公司間的子授權(quán)，并在西門子RPOFINET的原生態(tài)協(xié)議棧上進(jìn)行相關(guān)移植，實現(xiàn)硬件驅(qū)動和堆棧之間的接口（EDDR），并提供PROFINET協(xié)議棧和低層級驅(qū)動的源代碼、相應(yīng)的應(yīng)用程序示例代碼和軟件文檔?？蛻艨梢詮娜鹚_獲得PROFINET協(xié)議棧的授權(quán)，使用該協(xié)議棧連同RZ/T2M或RZ/N2L產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)和生產(chǎn)，幫助客戶快速構(gòu)建基于Profinet規(guī)范的工業(yè)自動化設(shè)備。瑞薩Profinet SDK軟件包包括但不僅限于：

Application Class：RT&IRT

Conformance Class：CC-B&CC-C

Cycle time：min.250us

Netload Class：III

Conformance Test：CTT2.44

除此之外，瑞薩還在深圳辦公室搭建了完整的Profinet一致性預(yù)測試實驗室，凡是購買了瑞薩電子RZ/T2M或者RZ/N2L并基于瑞薩提供的Profinet協(xié)議棧開發(fā)的設(shè)備，均可以通過官方渠道免費申請測試。

接下來，我們介紹一下瑞薩在工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議方面的產(chǎn)品，從協(xié)議本身分為多協(xié)議或單協(xié)議；基于應(yīng)用側(cè)重點不同，如PLC/驅(qū)控一體的，則以RZ/T2H，N2H為代表；側(cè)重在伺服電機(jī)控制/機(jī)器人手臂/變頻器，則以RZ/T2M，RZ/T2L為主；側(cè)重工業(yè)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)控制器，遠(yuǎn)程IO的則以RZ/N2L為主。

下面我將為大家著重介紹我們?nèi)ツ陝偘l(fā)布的RZ/T2H，N2H系列家族產(chǎn)品。該產(chǎn)品包含4個A55內(nèi)核，主頻高達(dá)1.2GHz和2個主頻高達(dá)1.0GHz的R52內(nèi)核，并各自內(nèi)置了512KB的TCM（緊耦合內(nèi)存），核間共享2MB的系統(tǒng)內(nèi)存RAM；網(wǎng)絡(luò)通信部分，內(nèi)置3個GMAC，帶TSN千兆網(wǎng)交換機(jī)，支持4個千兆的以太網(wǎng)端口，支持EtherCAT，Profinet RT/IRT，Ethernet I/P，CC link IE Basic，TSN， OPC UA over TSN，內(nèi)嵌了支持多達(dá)9軸的電機(jī)外設(shè)，包括PWM，Delta-Sigma接口，3個單元的12bit ADC以及16個通道的編碼器接口（N2H=14個通道）；內(nèi)存方面支持位寬32bit的LPDDR4，帶eMMC，支持2個通道的第三代PCIe以及其他的通信接口，如2路的CAN-FD，18個通道的串口，4路SPI，3路I2C等。

RZ/T2H，N2H家族系列產(chǎn)品是瑞薩第一款集成高性能處理能力和實時控制硬件架構(gòu)的MPU：四核Cortex A55 CPU @1.2GHz以Linux系統(tǒng)主導(dǎo)高算力并處理復(fù)雜應(yīng)用；而雙核Cortex R52 CPU @1.0GHz，支持大容量TCM，低延遲外設(shè)總線LLPP外，還可以支持裸跑或RTOS，特別適合應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動實時響應(yīng)的應(yīng)用當(dāng)中。優(yōu)勢二：是瑞薩第一款支持多協(xié)議、主從一體的MPU，Coretex A55內(nèi)核移植了開源的EtherCAT主站IGH協(xié)議、4路千兆以太網(wǎng)端口可以按照系統(tǒng)的不同應(yīng)用，靈活配置，支持多種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?！?yōu)勢三：也是目前業(yè)界首款單芯片支持多達(dá)9軸電機(jī)控制，簡化電路設(shè)計，特別適合于多軸的機(jī)器人手臂等應(yīng)用領(lǐng)域：

瑞薩官方還提供了9軸的電機(jī)控制參考板，該demo板包含RZ/T2H的評估板，變頻板（電源板）以及一個轉(zhuǎn)接總線板，支持9個24V交流伺服電機(jī)，電機(jī)速度和位置可通過PC工具進(jìn)行控制。

您也可以去瑞薩官網(wǎng)購買RZ/T2H評估套件來評估芯片不同的功能，也可以通過我們的合作伙伴米爾科技購買RZ/T2H的核心板或者評估板（功能各不相同）

當(dāng)然，相信大家對我們已經(jīng)量產(chǎn)的RZ/T2M，T2L， N2L也不會太陌生，該系列的產(chǎn)品均采用Cortex R52 CPU，主頻高達(dá)800MHz。以RZ/T2M作為高性能伺服電機(jī)驅(qū)動首選為例，RZ/T2M內(nèi)置2個高達(dá)800MHz的Cortex-R52處理器，帶浮點運算單元，支持多協(xié)議以太網(wǎng)EtherCAT，Profinet RT/IRT， Ethernet I/P，CC link IE Basic，TSN，OPC UA over TSN。帶有專用的編碼器接口，如A-formatTM，BiSS-C，EnDat2.2，Tamagawa， HIPERFACE DSL，支持2軸伺服驅(qū)動。RZ/T2L則是在RZ/T2M的基礎(chǔ)上，減少一個Cortex R52內(nèi)核，主頻同樣支持高達(dá)800MHz，只支持EtherCAT從站協(xié)議，是瑞薩其中一款高性價比的EtherCAT從站控制器RZ/N2L則作為爆款工業(yè)網(wǎng)絡(luò)MCU，特別適合應(yīng)用在工業(yè)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)通信模塊，IO或耦合器等應(yīng)用場合，它具備3個千兆的以太網(wǎng)端口，帶TSN交換機(jī)并支持多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)，內(nèi)置的并口總線或串行接口可以方便對接原來的系統(tǒng)控制MCU，幫助原來系統(tǒng)往工業(yè)以太網(wǎng)通信升級，RZ/N2L擁有和RZ/T2系列的無縫架構(gòu)和外設(shè)，使用戶能夠重復(fù)使用軟件資產(chǎn)并降低研發(fā)成本。

基于上面的產(chǎn)品，瑞薩電子聯(lián)合我們的合作伙伴開發(fā)了一些列的針對工業(yè)以太網(wǎng)或者工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用的解決方案。這里主要介紹兩塊，一個是基于RZ/N2L做的多協(xié)議的工業(yè)網(wǎng)關(guān)解決方案，該解決方案通過收集終端現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過專用總線（如：RS485、CAN）或其他工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議（如：EtherCAT、PROFINET RT/IRT、Ethernet/IPTMec）傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)。

另外一個是EtherCAT交流伺服解決方案，該解決方案由三個部分組成：系統(tǒng)控制、逆變驅(qū)動控制和電機(jī)編碼器，這些不同部分既以物理方式隔離，同時又保持高度互連。