本刊記者 薛士然

自從2011年德國(guó)提出工業(yè)4.0的概念之后，智能制造和智能產(chǎn)品成為很多公司下一步的產(chǎn)品策略。工業(yè)4.0既是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)愿景，也是一個(gè)正在實(shí)施的漸進(jìn)過(guò)程。這其中包含了幾大要素：更多地實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化，各行業(yè)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(zhuǎn)變，以及大數(shù)據(jù)分析。要實(shí)現(xiàn)智能化制造、海量設(shè)備互聯(lián)，面臨兩大考驗(yàn)：數(shù)據(jù)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(wèn)題，MCU 在其中扮演非常重要的角色。

英飛凌作為工業(yè)4.0項(xiàng)目創(chuàng)始成員中唯一的半導(dǎo)體廠商，對(duì)于芯片在工業(yè)4.0中扮演什么角色，擁有自己獨(dú)特的理解。英飛凌認(rèn)為，芯片是整個(gè)工業(yè)4.0 架構(gòu)的基礎(chǔ)，要解決聯(lián)、感、知的基礎(chǔ)問(wèn)題和執(zhí)行問(wèn)題。具體來(lái)講，首先，高精度的工業(yè)傳感器是捕獲工業(yè)4.0環(huán)境下有效數(shù)據(jù)的關(guān)鍵；然后，MCU 對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，發(fā)出指令對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行智能控制；最后，MCU 再將指令傳達(dá)給功率半導(dǎo)體，保障設(shè)備高能效地進(jìn)行生產(chǎn)。

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

酣暢演繹實(shí)時(shí)連接的XMC4800

XMC4800 是XMC4000 系列中面向高端應(yīng)用的產(chǎn)品，非常適合視覺(jué)機(jī)器人、伺服控制應(yīng)用，對(duì)工業(yè)4.0的發(fā)展會(huì)起到非常積極的推動(dòng)作用。

XMC4800基于ARM Cortex－M4內(nèi)核，集成了片上閃存及模擬／混合信號(hào)處理和EtherCAT 節(jié)點(diǎn)。EtherCAT作為以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開(kāi)放架構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹(shù)立了標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，降低了現(xiàn)場(chǎng)總線的使用成本。采用EtherCAT 總線，設(shè)備的過(guò)程數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)提取和實(shí)時(shí)插入，不僅數(shù)據(jù)傳輸無(wú)延遲，而且EtherCAT通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，占用的MCU 資源非常少，所以在保證實(shí)時(shí)通信方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

英飛凌科技股份公司工業(yè)和多元化電子市場(chǎng)業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級(jí)總監(jiān)Maurizio Skerlj表示，EtherCAT是目前發(fā)展比較快的一種總線系統(tǒng)，而且加入EtherCAT協(xié)會(huì)是免費(fèi)的，對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)，使用這一技術(shù)非常方便。事實(shí)上，已經(jīng)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(lái)需要MCU＋FPGA或者M(jìn)CU＋ASIC 才能實(shí)現(xiàn)的EtherCAT，現(xiàn)在僅需一顆XMC4800即可，無(wú)需專門(mén)配置EtherCAT ASIC或FPGA、外接存儲(chǔ)器及PHY 專用的晶體振蕩器。這樣不僅降低了系統(tǒng)成本、節(jié)省了電路板空間，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。此外，XMC4800 還支持在環(huán)境溫度高達(dá)125℃的條件下使用EtherCAT，非常符合工業(yè)通信應(yīng)用。

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

運(yùn)算能力強(qiáng)大的XMC1400

XMC1400基 于ARM Cortex－M0 內(nèi) 核，CPU 主 頻 為48 MHz，與96 MHz的數(shù)學(xué)協(xié)處理器配合，能夠提供更強(qiáng)的運(yùn)算能力，可以節(jié)省高達(dá)94%的運(yùn)算時(shí)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(yè)應(yīng)用中對(duì)CAN 通信的需求。

Security和Safety的雙重安全保障

工業(yè)4.0時(shí)代，機(jī)器人會(huì)成為工廠的主角，對(duì)于設(shè)備的安全性要求十分苛刻。關(guān)于機(jī)器人傷人的事件屢有報(bào)道，英飛凌表示，公司的安全產(chǎn)品在智能制造過(guò)程中，能有效地對(duì)發(fā)出指令和接收指令的對(duì)象進(jìn)行身份認(rèn)證，防止信息被濫用或篡改。在公司內(nèi)部，英飛凌將安全分為兩類：數(shù)據(jù)安全（Security）和功能安全（Safety）。Security能夠保證設(shè)備避免商業(yè)間諜和網(wǎng)絡(luò)攻擊；Safety能夠保證設(shè)備的安全運(yùn)行。在數(shù)據(jù)安全方面，XMC 所具有的安全下載模式，通過(guò)非對(duì)稱算法的硬件實(shí)施，可以很好地保證數(shù)據(jù)下載的安全性。在功能安全方面，XMC 系列產(chǎn)品不僅在硬件上提供很多安全保證，而且會(huì)推出專門(mén)的軟件“安全包”，配合客戶在SIL2和SIL3的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，最大程度保證工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)器的安全運(yùn)行。

工業(yè)4.0將客戶和生產(chǎn)者直接聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的生產(chǎn)率和定制生產(chǎn)的個(gè)性化結(jié)合。隨著海量的數(shù)據(jù)蜂擁而至，所有工作的協(xié)調(diào)都需要無(wú)數(shù)集成MCU 的智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，由小小的芯片指揮工廠設(shè)備有序生產(chǎn)，所以稱MCU 為工業(yè)4.0時(shí)代的“心臟”毫不為過(guò)。