本文說明全新i.MX RT1180為整合Gbps時(shí)間敏感型網(wǎng)路（TSN）交換器的微控制器，如何整合即時(shí)網(wǎng)路效能來處理時(shí)間敏感型和工業(yè)即時(shí)通訊，同時(shí)包含先進(jìn)的EdgeLock安全區(qū)域（secure enclave），以及廣泛的生態(tài)系統(tǒng)，幫助開發(fā)人員獲得簡化的微控制器開發(fā)體驗(yàn)。
全球各地的制造商已經(jīng)在運(yùn)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)從根本上改善營運(yùn)、簡化生產(chǎn)并最隹化制造能力。制造商們并沒有拆除現(xiàn)有工廠，重建生產(chǎn)車間，而是添加部署了更高效的設(shè)備、更先進(jìn)的機(jī)器人和更快速的網(wǎng)路。
而諸如PROFINET等傳統(tǒng)協(xié)議之間的通訊缺囗，使這些新技術(shù)難以與現(xiàn)有系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。時(shí)間敏感型資料需要透過網(wǎng)路即時(shí)傳輸。這種完全同步的操作需要能支援復(fù)雜協(xié)定組合并提供向後相容的技術(shù)。為此，不僅需要最隹化的處理能力、低功耗、硬體安全和靈活的架構(gòu)，同時(shí)還需要系統(tǒng)具備時(shí)間敏感型網(wǎng)路的傳輸能力。
| 圖1 : 全球各地的制造商已運(yùn)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）技術(shù)，期??能從根本上改善營運(yùn)、簡化生產(chǎn)并最隹化制造能力。 |
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為了滿足日益增長的工業(yè)應(yīng)用需求，i.MX RT1180跨界MCU為恩智浦首款整合Gbps時(shí)間敏感型網(wǎng)路（Time Sensitive Networking；TSN）交換器的微控制器，支援即時(shí)通訊和多種通訊協(xié)定，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)4.0平臺之間的融合。i.MX RT1180也是恩智浦首款帶有EdgeLock安全區(qū)域（secure enclave）的跨界MCU，EdgeLock安全區(qū)域是一個(gè)預(yù)先配置、自我管理式自主內(nèi)建（autonomous on-die）的安全子系統(tǒng)，可簡化針對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智慧制造部署可靠的系統(tǒng)級安全的復(fù)雜性。
透過運(yùn)用整合TSN交換器和安全區(qū)域的一體化MCU解決方案，開發(fā)人員可以實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求，處理時(shí)間敏感型流量和竭盡所能的傳輸流量，支援安全自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊能力。
邁向工業(yè)多協(xié)定互聯(lián)的新時(shí)代
使用整合TSN交換器和支援多協(xié)定的MCU可帶來顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。資料可以透過交換器傳入或傳出，而即時(shí)資料傳輸可以在無延時(shí)的情況下中斷非即時(shí)資料傳輸。這些資料佇列由交換器驅(qū)動程式管理，并與協(xié)定堆棧（protocol stack）連接，以實(shí)現(xiàn)最高效的資料傳輸。得益于此，應(yīng)用軟體可以從管理交換器、設(shè)置低層暫存器或跟蹤復(fù)雜的時(shí)間管理過程的任務(wù)中解放出來，使時(shí)間敏感型應(yīng)用能夠始終正常運(yùn)行。
i.MX RT1180是具有即時(shí)工業(yè)網(wǎng)路功能的最小MCU之一，因此更容易將應(yīng)用相關(guān)的關(guān)鍵型多協(xié)議和TSN功能整合至更廣泛的工業(yè)用例中。自動化任務(wù)需要即時(shí)控制所有設(shè)備和整個(gè)工廠，并保證高精確度、低延遲，RT1180提供了最隹化的解決方案。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用場景包括工廠自動化、緊湊型運(yùn)動控制、電機(jī)控制工業(yè)閘道、網(wǎng)路終端設(shè)備、交流/伺服驅(qū)動器、遠(yuǎn)端I/O管理和IO鏈路控制器。
i.MX RT1180跨界MCU支持符合EC/IEEE 60802工業(yè)TSN規(guī)范的最新TSN標(biāo)準(zhǔn)，以及多種工業(yè)即時(shí)網(wǎng)路通訊協(xié)定，包括EtherCAT、PROFINET、Ethernet/IP、CC-Link IE和HSR。它還提供多達(dá)5個(gè)Gb網(wǎng)路埠，包括第2層TSN交換器上的4個(gè)埠和TSN端點(diǎn)控制器上的1個(gè)埠。
除了提供整合的TSN解決方案外，i.MX RT1180跨界MCU還可作為工業(yè)設(shè)計(jì)中的配套晶片，無需板載PHY，即可在主機(jī)設(shè)備和配套設(shè)備之間提供無縫的1 Gb直接通訊，進(jìn)而省下額外的電源并節(jié)約成本。
為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)保駕護(hù)航
雖然智慧工廠帶來的好處毋庸置疑，如提高生產(chǎn)和調(diào)運(yùn)效率并節(jié)省成本，但工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)也帶來了新的安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著工廠聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的激增，潛在的網(wǎng)路安全威脅也在增加。工業(yè)流程、營運(yùn)和網(wǎng)路保護(hù)不足，易受攻擊，如盜用公司資料和智慧財(cái)產(chǎn)權(quán)、干擾或阻礙流程控制、網(wǎng)路安全性漏洞以及對關(guān)鍵基礎(chǔ)建設(shè)和供應(yīng)鏈的大面積攻擊。
為了?明工廠、設(shè)備和網(wǎng)路抵御數(shù)位攻擊，制造商必須采用并不斷維護(hù)先進(jìn)、全面的工業(yè)安全平臺。從設(shè)備端和系統(tǒng)級保護(hù)提升安全性，對確保當(dāng)今智慧互聯(lián)工廠的安全至關(guān)重要。即使是MCU等系統(tǒng)級元件也必須提供高級安全功能。EdgeLock安全區(qū)域是完全整合的晶片上（on-die）安全子系統(tǒng)，正好滿足要求。
EdgeLock安全區(qū)域的功能可以看作i.MX RT1180跨界MCU中的「安全總部」，監(jiān)督所有安全功能，保護(hù)設(shè)備免受物理和網(wǎng)路攻擊。它能自主管理關(guān)鍵安全功能，如管理信任根、運(yùn)行時(shí)證明、信任配置、安全啟動、金鑰管理和加密服務(wù)等，簡化為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的裝置范圍安全智慧的復(fù)雜性。
EdgeLock安全區(qū)域還為IEC 62443系統(tǒng)合規(guī)性奠定了元件級基礎(chǔ)。IEC 62443是一套安全標(biāo)準(zhǔn)，定義了工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)（IACS）的安全開發(fā)。這些標(biāo)準(zhǔn)為應(yīng)對工業(yè)廠房、設(shè)備、網(wǎng)路和基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)路安全威脅要求提供了必要的基礎(chǔ)。IEC 62443合規(guī)性有助於制造商避免部分和/或沖突要求的激增，可滿足多個(gè)行業(yè)部門和營運(yùn)場所對營運(yùn)技術(shù)的網(wǎng)路安全需求。
專為提高效率而設(shè)計(jì)
為了提供高效能和設(shè)計(jì)靈活性，i.MX RT1180跨界MCU的高效SoC設(shè)計(jì)包括雙核架構(gòu)，搭載800 MHz Arm Cortex-M7和Cortex-M33內(nèi)核，可協(xié)調(diào)即時(shí)和應(yīng)用處理任務(wù)。它可以輕松地與恩智浦i.MX處理器等主機(jī)晶片進(jìn)行通訊。這種相容性簡化了工業(yè)設(shè)計(jì)，并精簡了實(shí)施方案。無需板載PHY（on-board PHY）即可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1Gbps的可擴(kuò)展無縫主/從晶片通訊，有助於降低工業(yè)設(shè)計(jì)中的功耗和成本。
i.MX RT1180片內(nèi)整合了電源管理IC（PMIC），專為實(shí)現(xiàn)高能效而設(shè)計(jì)，適合設(shè)計(jì)功耗為250mW及以上的應(yīng)用場景，有助於對許多工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要的卓越能效，同時(shí)還可降低電路板的復(fù)雜性和BOM成本。
i.MX RT1180跨界MCU采用10 mm x 10 mm或14 mm x 14 mm BGA封裝，可在穩(wěn)健的擴(kuò)展溫度范圍（-40?C至+125?C）下運(yùn)行，為全年全天候運(yùn)行的工廠設(shè)備提供工業(yè)認(rèn)證和高可靠性，廣泛的開發(fā)人員生態(tài)體系簡化基於i.MX RT1180 SoC搭建系統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)體驗(yàn)。MCUXpresso軟體和工具套件包括設(shè)備配置工具、驅(qū)動程式和中介軟體、功能齊全的IDE、SDK示例和安全配置工具，適用於基於Arm Cortex-M技術(shù)的恩智浦MCU。
i.MX RT1180跨界MCU為智慧工廠搭建了通往未來的橋梁，采用整合的TSN交換器消弭傳統(tǒng)協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)之間的缺囗。
（本文作者Christian Castel為恩智浦半導(dǎo)體邊緣處理業(yè)務(wù)工業(yè)自動化行銷全球負(fù)責(zé)人）
