馬雲說的工業4.0，瑞薩這個產品把它實現了！

工業4.0是指利用物聯信息系統將生產中的供應，製造，銷售信息數據化、智慧化，最後達到快速，有效，個人化的產品供應，不過真要從芯片層面去理解工業4.0，估計可能沒幾個人能說清楚，我覺得文科生馬雲對工業4.0倒理解的很到位，他在2015年3月的德國漢諾威IT博覽會上說了這麼一段話：“未來的世界，所有的製造商他們生產的機器，這些機器不僅會生產產品，它們必須說話，它們必須思考。機器不會再由石油和電力驅動，機器由數據來支撐。未來的世界，企業將不再會關注於規模、標準化和權力，只會關注於靈活性、敏捷性、個性化和用戶友好。”基於馬雲的通俗理解，你覺得該如何實現工業4.0方案？如何構建融合了信息科技(IT)、操作技術(Operation Technology；OT)和通信技術（Communication Technology；CT）的工業4.0平臺？工業領域採用的MPU，MCU該具備什麼樣的功能？我覺得瑞薩電子一款最新面向工業應用的MPU把工業4.0理解到位了，實現了馬雲表述的工業4.0。

RZ/N1解決方案介紹

去年11月底瑞薩電子推出一款新型RZ/N1微處理器（MPU）解決方案套件，它支持各種工業網絡應用，包括可編程邏輯控制器（PLC）、智能網絡交換機、網關、操作員終端和遠程I/O解決方案。在今年3月的慕尼黑上海電子展上，瑞薩電子中國產業解決方案中心工業和家電部戴其宏經理（下圖）給媒體詳細介紹了這款產品。

“在中國智能工廠和工業4.0是非常熱門的話題，數字化工業自動化市場提出了一些關鍵需求，我們也看到這些需求，首先是要不斷提高機器效率，然後是要進行實時性分析和過程優化，實現生產流程的智能化提高敏捷性，最後是服務解決方案要實現這些工業分析，同時也需要兼顧到工業生產的安全性連接，實現IT和OT之間的連接。”戴其宏指出，“面對工業IoT和工業4.0，瑞薩目前所能提供的電子技術，首先是我們的工業網絡解決方案，基於瑞薩的RZ/N多協議工業以太網、OPCUA、TSN、雲、IO-Link這樣一些技術，然後同時提供BLDC電機與伺服運動控制方案。”

她指出瑞薩電子目前可以面向工廠的各個層級提供解決方案，包括控制級和現場級的產品。之前有R-In的產品，R-IN32， TPS-1，EC-1產品就是用來做實時的網絡控制器。針對流量計則有RL78,此外還有針對IO板卡和安全設備的產品，也有針對現場級工業運動控制器和機器人的RZ/T1平臺，可以說，瑞薩電子的平臺覆蓋了現場級、控制級以及企業級各個層面。

據她介紹，RZ/N1是最新面向控制及工業控制級的產品，主要適用於可編程控制器，RZ/N1有四大特點：1、支持工業IT和OT網絡的連接。支持多協議工業網絡，它能支持多種的工業以太網協議，其中包括EtherCAT, Profi net,OPC UA, Canopen和EtherNet/IP以及其他一些主流工業協議。

2、芯片內有一個單核CortexA7用來做智能控制，同時還有一個Cortex M3核用來做客戶智能控制應用，同時它也提供DDR2/3、XiPQSPI、NAND閃存接口。

3、在工業IIoT工業網關方面，該芯片內部有先進的5端口Gbit交換機橋接

IT及OT網絡，“這樣的功能在目前市場上是比較罕見的，主要用於支持IT和OT網絡連接，以及支持支持TSN的判斷。”她強調。

4、是關注於一個安全運行和防範網絡安全攻擊和一個冗餘網絡。爲了做到這一點，存儲器帶片上ECC校驗，唯一的IDHSR/PRP/MRP冗餘，給客戶提供唯一的ID以防客戶程序被其他競爭對手盜取。同時芯片能支持工業交換機需要的冗餘協議。

她指出作爲一個工業網絡技術平臺，瑞薩還開發了R-IN引擎平臺，可以搭載到不同代芯片上，而RZN1已經是第三代產品，其中在2014年瑞薩推出了第一代搭載R-IN引擎技術平臺的產品是R-IN32，主要用於遠程IO的產品。

在2015年，瑞薩電子又推出了RZ/T產品，主要用在運動控制伺服領域，去年年底的推出的最新RZ/N產品，主要覆蓋到主站產品，包括PLC控制器，HMI以及Ethernet Switch（以太網交換機）這些應用領域。

瑞薩獨特的R-IN引擎平臺是加速協議處理的引擎，引擎內裏面帶一個32位的CPU，還又集成了硬件實時OS，以及一個以太網加速器。這個引擎的主要優勢是能使客戶或將更加專注於實時網絡通信，“它提高了高速中斷響應，比普通的啓動時間減少了六倍。比較適用於任務切換使用，切換的速度能提高到三倍，能實現極微弱的抖動，這就是R-IN引擎平臺設計的優勢。”戴其宏指出。

戴其宏表述，瑞薩電子在引擎上做了測試，搭載這樣的引擎，可以大幅度提升客戶性能---她舉例說市面上普通MCU產品跑普通百兆級工業網絡時，一般到50MHz也時候，MCU負荷已經到了100%左右，這意味着它不能完全實現工業以太網通信功能了。但是搭載了R-IN引擎的芯片，當傳輸速率接近百兆級時，CPU負載才20%到30%左右。這種高性能和低CPU負載，就是通過硬件-RTOS和硬件以太網加速器實現的。

她表示RZ/N1的設計理念就是把應用部分和實時通信部分兩者分開，左邊是應用領域設計，它採用了ARMCortex–A7,可選單雙核（最高主頻500MHz），其上可以跑Linux、ThreadX這樣的OS，同時集成了外設，主要給客戶做不同的應用控制。

右邊部分專注於做客戶的以太網通信，搭載了ARM Cortex–M3內核，運行的是硬件RTOS（uITORNOS），同時也集成了多協議多工業以太網協議與冗餘協議，並搭載了5端口實時以太網交換機。

目前該芯片可以支持多種工業以太網協議，幾乎涵蓋了目前市場上所有熱門工業協議如EtherCat、Ethernet/IP, ⅢSercos, Powerlink,Profinet, Modbus, Canopen以及一些總線協議。協議棧集成在通用操作系統抽象層層面上，可以實現片內兩個CPU之間的無縫通信，兩個CPU是通過共享內存和中斷請求來進行互相通信。

上圖列舉了瑞薩電子目前就此平臺提供給客戶的硬件，有EtherCAT從站控制器和SercosIII從站控制器和CANUART控制器等，軟件部分包括Modbus TCP，以及TCP/IP,UDP/IP的協議，白色部分是瑞薩的合作伙伴提供的軟件協議，如EtherNet/IP，PRP，Profinet等都是經瑞薩電子的第三方合作伙伴來提供給客戶的。

她表示客戶在應用該芯片的時候，只需要專注於應用層開發即可，通過通用操作系統抽象層簡化協議之間的轉換，客戶在應用方面如果需要調用實時通信協議，只要直接調用R-IN引擎就可以了，不需要再次開發，這樣大大大大簡化了客戶的開發工作量，目前主控協議棧是由IEC61131-3開發系統來提供的。

據她介紹，RZ/N1的外設有8通道雙單元12位ADC、在封裝方面，RZ/N1有三個分類五種封裝,例如RZ/N1D，採用的是雙核A7+M3，目標應用是PLC和以太網交換機網站，內部帶2Mb SRAM，預留了DDR接口。支持Linux操作系統。

RZ/N1S的區別是單核A7+M3核，目標應用RZ/N1D相同，最大特點SRAM非常大，有6M，不需要外擴，降低客戶成本，同樣也是五端口和三端口兩種封裝，支持三種冗餘協議PRP、DLP、MRP。片上的操作系統ThreadX（Express Logic）。

RZ/N1L不帶A7核，只帶Cortex-M3以及R-IN引擎，目標應用主要是多協議遠程IO，內存非常大，是6M，只有三個端口，也能支持部分冗餘協議。這三款產品，目前已經有工程樣片給客戶提供。

據她介紹，爲了方便客戶快速評估瑞薩電子產品並加速開發進程，瑞薩電子在提供解決方案套件給客戶的同時，也提供軟件和DVD光盤，程序包括所有接口的驅動程序和應用示例的板級支持包（BSP），同時瑞薩電子也會給客戶提供面向A7的LinuxOS和麪向M3的硬件-RTOS的uITRON。以及上文介紹的工業以太網示例代碼，也會給客戶提供第三方開發評估版本，方便客戶做測試。

RZ/N1的開發環境都是比較常見的，不是瑞薩獨有的，因此方便客戶找到開發工具，其中Cortex-A7運行的Linux編譯器和調試器是GCC和GDB，ThreadX是IAR，都是很常見的，片上的Cortex-M3核是用IAR來實現。

如果要做產品實時以太網應用，則用產品自帶的五個以太網端口，這五個端口針對不同客戶應用，如上圖所示例如如果要做實時以太網PLC產品，則端口1做GMAC，然後在端口四和端口五上配置跑EtherCat協議，選擇端口二三配置做RGM協議，如果是運行PROFINET/ EIP/Powerlink協議，則可以把端口四五配置成Sercos3，可以看到針對不同應用，五個端口的使用是非常方便的，客戶開發確實簡便了很多。