摘要

工業以太網是什么意思？工業以太網發揮著至關重要的作用，因為它能夠支持各種聯網協議，從而實施確定性實時通信控制。

“工業以太網”（IE）是指以太網在工業環境中的使用，特別是采用預定性和實時控制機制的環境。

當涉及到為工廠自動化提供通信解決方案時，硬件、軟件和服務是最重要的元素，工業以太網廣泛應用于各行各業，包括石油和天然氣、航空航天和國防、能源和電力、電氣和電子、汽車和運輸、化工等行業。在工業以太網中，TSN、OPC-UA、EtherCAT、Profinet、ethernet/IP、CC-link IE和Modbus等協議被廣泛應用于各種目標應用中。（圖1）

圖1 工業以太網架構

時間敏感網絡，通常稱為TSN，是構成工業4.0信息物理系統核心的關鍵實體之一，工業4.0由更具確定性的工業以太網驅動（參見圖2）。為了實現這一目標，運營技術（OT）網絡和來自更高制造水平的信息技術（IT）網絡需要合并，這些系統必須在網絡空間中有某種展示才能正常運行。然而，當代的絕大多數工業以太網標準都要求使用專有的硬件和協議，這導致網絡的融合變得非常困難。為了滿足這些變化和要求，瑞薩提供了與時間敏感網絡（TSN）相關的針對性產品/解決方案。

圖2 什么是TSN

IEEE 802.1 TSN任務組已經整合了IEEE標準（參見圖三），以支持實時可預測行為和TSN技術的縱向和橫向可擴展性。

Renesas R-IN32M4-CL3 SoC是最早支持CC-Link IE TSN B類控制器之一，而R-IN32M2 SoC系列和RX72M MCU也有支持CC-Link IE TSN a類的解決方案。這些解決方案可實現高速、大容量通信，無需軟件實時操作系統和外部部件即可實現。

圖3 TSN組件和IEEE標準

OPC基金會創建的開放平臺通信統一架構（OPC UA）用于工業自動化M2M通信。該架構適用于所有工業領域的組件，包括工業傳感器和執行器、控制系統、這些系統用于工業過程的指揮和控制。并且是一種分層、適應性強、可信和開放的標準協議。

OPC UA系統架構將客戶端和服務器建模為交互伙伴，并且每個系統可能包含多個客戶端和服務器。下圖四展示了包含組合服務器和客戶端的體系結構。

圖4 OPC-UA廣義的架構

EtherCAT

EtherCAT是一種基于以太網的現場總線系統，由EtherCAT技術組維護。該協議被以及同時進行高速數據采集和實時控制的設備、EtherCAT具有高性能、低成本和靈活的拓撲結構，已成為業界領先的協議之一。瑞薩擴展了設備控制和網絡產品組合，采用瑞薩專有的核心新RXv3第三代CPU和32位RX72M、RX72N和RX66N MCUs，用于將設備控制和網絡功能集成在單個芯片上的工業自動化（參見圖5）。

為了滿足工業自動化的需求，瑞薩推出了一系列適用于EtherCAT連接的微控制器。其中，RX72M配有240 MHz處理器、高達4 MB閃存和1 MB RAM，具有以太網、USB、CAN、SPI、I2C等多種外設和接口。這款適應性強的微控制器已成為許多工業應用的首選。

圖5 RX72M、RX72N和RX66N的多項關鍵特性

PROFINET

PROFINET標準是一種開放、標準化的工業以太網協議，用于自動化環境中的數據傳輸，促進控制器和設備之間的通信。PROFINET的循環和非循環協議定義了診斷、功能安全、報警和其他形式的數據交換。瑞薩電子的TPS-1是一種支持PROFINET（IRT）的PROFINET IO設備芯片解決方案，可簡化實施過程，為設備制造商提供快速、簡單且節省成本的PROFINET IO設備接口集成。

PROFINET是工業自動化應用中常用的現場總線協議，支持PROFIBUS DP（分散外設）和PROFIBUS DP-V1（版本1）協議，這兩種協議廣泛應用于工業自動化應用中，用于PLC和其他設備之間的通信。PROFIBUS和PROFINET技術的全球傘式組織PROFIBUS & PROFINET INTERNATIONAL（PI）在其建議的MCU/MPU/LSI中列出了RX72M MCU以支持現場總線。因此，RX72M MCU是工業自動化應用的通用選擇。

Ethernet/IP

Ethernet/IP是一種協議，允許連接以太網的工業自動化設備進行交互。它是由開放設備網供應商協會（ODVA）創建的三個基于以太網的工業自動化協議之一，另外兩個是PROFINET和EtherCAT。以太網/IP提供循環和非循環通信，可以通過TCP/IP和UDP/IP進行通信。這使得它成為一種通用的協議，可以在工業中的小型控制系統到大型分布式系統中使用。PLC、HMI、傳感器和其他自動化設備等工業設備可以使用以太網/IP進行實時通信和控制，它使用以太網和IP提供可擴展的高速通信。

Ethernet MAC

Ethernet MAC（Ethernet Media Access Control）是設備網絡接口控制器（NIC）的唯一標識，用于實現以太網網絡通信?；?a target="_blank">FreeRTOS的靈活軟件包（FSP）支持可以采用其他RTOS和中間件。

此外，瑞薩支持一個全面的合作伙伴生態系統來提供一系列軟件和硬件構建模塊，這些模塊將與瑞薩MCU一起開箱即用。這一生態系統將有助于加快物聯網應用的開發，包括核心技術。

正如已經強調的那樣，今天的工廠車間需要一個通用、強悍的確定性和非確定性以太網框架來實現最高程度的工業網絡連接。作為該領域的市場領導者，瑞薩解決方案涵蓋了廣泛的工業以太網要求，以其性能、可靠性和易用性而聞名。對于工業自動化和其他應用，這些系統專為高速數據傳輸、低延遲和低功耗而設計。為了加速采用，瑞薩提供了各種開發和解決方案套件，幫助工程師快速創建增值工業以太網解決方案。