工業4.0下的MCU 應該是什么樣的？

本刊記者 薛士然

自從2011年德國提出工業4.0的概念之后，智能制造和智能產品成為很多公司下一步的產品策略。工業4.0既是社會發展的一個愿景，也是一個正在實施的漸進過程。這其中包含了幾大要素：更多地實現工廠自動化，各行業間橫向和縱向更深入地相互融合，中央控制向分散智能控制轉變，以及大數據分析。要實現智能化制造、海量設備互聯，面臨兩大考驗：數據和信息的安全保障，以及最大程度地提高能效。而要解決這些問題，MCU 在其中扮演非常重要的角色。

英飛凌作為工業4.0項目創始成員中唯一的半導體廠商，對于芯片在工業4.0中扮演什么角色，擁有自己獨特的理解。英飛凌認為，芯片是整個工業4.0 架構的基礎，要解決聯、感、知的基礎問題和執行問題。具體來講，首先，高精度的工業傳感器是捕獲工業4.0環境下有效數據的關鍵；然后，MCU 對這些數據進行分析和計算，發出指令對生產進行智能控制；最后，MCU 再將指令傳達給功率半導體，保障設備高能效地進行生產。

身為德國公司，又是工業4.0 的發起者，英飛凌的XMC系列微控制器與工業4.0接軌，自然也順理成章。

酣暢演繹實時連接的XMC4800

XMC4800 是XMC4000 系列中面向高端應用的產品，非常適合視覺機器人、伺服控制應用，對工業4.0的發展會起到非常積極的推動作用。

XMC4800基于ARM Cortex－M4內核，集成了片上閃存及模擬／混合信號處理和EtherCAT 節點。EtherCAT作為以以太網為基礎的開放架構的現場總線系統，為系統的實時性能和拓撲的靈活性樹立了標準；同時，降低了現場總線的使用成本。采用EtherCAT 總線，設備的過程數據可以實時提取和實時插入，不僅數據傳輸無延遲，而且EtherCAT通過硬件實現，占用的MCU 資源非常少，所以在保證實時通信方面具有非常大的優勢。

英飛凌科技股份公司工業和多元化電子市場業務部微控制器業務高級總監Maurizio Skerlj表示，EtherCAT是目前發展比較快的一種總線系統，而且加入EtherCAT協會是免費的，對于客戶來說，使用這一技術非常方便。事實上，已經有多家公司在MCU 中集成了EtherCAT，而英飛凌XMC4800 的集成度非常高，原來需要MCU＋FPGA或者MCU＋ASIC 才能實現的EtherCAT，現在僅需一顆XMC4800即可，無需專門配置EtherCAT ASIC或FPGA、外接存儲器及PHY 專用的晶體振蕩器。這樣不僅降低了系統成本、節省了電路板空間，而且提高了系統的可靠性。此外，XMC4800 還支持在環境溫度高達125℃的條件下使用EtherCAT，非常符合工業通信應用。

XMC4800配備144 MHz CPU、最高2 MB的嵌入式閃存、352Kb的內存，以及適用于霍爾傳感器、編碼器和旋轉變壓器的接口單元，豐富的外設包括4個12位A／D轉換器、2個12位D／A 轉換器、4個△－Σ 解調器模塊、6個捕獲／比較單元和2個定位接口模塊。

運算能力強大的XMC1400

XMC1400基 于ARM Cortex－M0 內 核，CPU 主 頻 為48 MHz，與96 MHz的數學協處理器配合，能夠提供更強的運算能力，可以節省高達94%的運算時間，接近Cortex－M3的處理能力。XMC1400擁有更多的通信接口及引腳封裝，集成了MultiCAN 模塊，支持CAN 2.0B，能夠滿足工業應用中對CAN 通信的需求。

Security和Safety的雙重安全保障

工業4.0時代，機器人會成為工廠的主角，對于設備的安全性要求十分苛刻。關于機器人傷人的事件屢有報道，英飛凌表示，公司的安全產品在智能制造過程中，能有效地對發出指令和接收指令的對象進行身份認證，防止信息被濫用或篡改。在公司內部，英飛凌將安全分為兩類：數據安全（Security）和功能安全（Safety）。Security能夠保證設備避免商業間諜和網絡攻擊；Safety能夠保證設備的安全運行。在數據安全方面，XMC 所具有的安全下載模式，通過非對稱算法的硬件實施，可以很好地保證數據下載的安全性。在功能安全方面，XMC 系列產品不僅在硬件上提供很多安全保證，而且會推出專門的軟件“安全包”，配合客戶在SIL2和SIL3的系統設計要求，最大程度保證工業4.0時代機器的安全運行。

工業4.0將客戶和生產者直接聯系起來，實現批量生產的生產率和定制生產的個性化結合。隨著海量的數據蜂擁而至，所有工作的協調都需要無數集成MCU 的智能節點進行處理，由小小的芯片指揮工廠設備有序生產，所以稱MCU 為工業4.0時代的“心臟”毫不為過。