【導讀】i.MX RT1180作為恩智浦新一代跨界處理器，首次在工業場景中實現了雙核異構架構與多協議工業總線的深度融合。其300MHz Cortex-M33核心負責實時通信調度，800MHz Cortex-M7核心專注運動控制算法，配合內置的TSN交換機與EtherCAT從站控制器，可同時打通以太網與現場總線通道，為伺服系統提供單芯片級的多協議兼容能力。結合高度集成的電源管理單元，該芯片將傳統需要多顆芯片協作的伺服驅動架構壓縮至單芯片方案，大幅降低系統復雜度與物料成本。
i.MX RT1180作為恩智浦新一代跨界處理器，首次在工業場景中實現了雙核異構架構與多協議工業總線的深度融合。其300MHz Cortex-M33核心負責實時通信調度，800MHz Cortex-M7核心專注運動控制算法，配合內置的TSN交換機與EtherCAT從站控制器，可同時打通以太網與現場總線通道，為伺服系統提供單芯片級的多協議兼容能力。結合高度集成的電源管理單元，該芯片將傳統需要多顆芯片協作的伺服驅動架構壓縮至單芯片方案，大幅降低系統復雜度與物料成本。
工業以太網在工業自動化中的應用
工業以太網將以太網技術延伸至工業控制場景，主要應用于工廠自動化、過程自動化、智能倉儲與物流、能量管理等領域。相比于傳統總線，工業以太網具有以下優勢：
?更高帶寬的傳輸速度，更好的兼容性
工業以太網傳輸速率可達100Mbps至10Gbps，支持大帶寬數據傳輸，且兼容IT網絡標準，易于與云端、ERP系統對接；而傳統工業總線傳輸速率較低 (通常≤1Mbps)，協議封閉，跨系統集成困難。
?支持遠距離傳輸與強拓展性
以太網通過交換機可擴展傳輸距離 (單段超100米)，支持大規模組網。
?高實時性
工業以太網通過實時協議 (如EtherCAT、Profinet) 解決傳統以太網的傳輸延遲問題，實時性接近傳統總線，同時支持多設備并發通信。
?低維護成本
以太網硬件標準化程度高，成本低，且維護方便 (持熱插拔、遠程診斷)，傳統總線設備專用性強，硬件與協議定制成本高，升級維護復雜。
?更強的靈活性與開放性
工業以太網支持IP協議，可直接接入互聯網，便于實現遠程監控與工業物聯網 (IIoT) 融合；傳統總線協議封閉，需網關轉換才能與外部網絡通信，難以適應智能化升級需求。
迄今為止，以太網現場總線新接入節點達到76%，遠超傳統的現場總線，是未來現場總線的趨勢。
基于i.MX RT1180的EtherCAT+伺服控制
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)，即“以太網控制自動化技術”，是由德國Beckhoff公司研發的一種基于以太網的現場總線系統的開放架構。它突破傳統以太網局限，數據幀經各節點時，能高速動態讀寫數據并插入新數據，帶寬利用率超90%。
EtherCAT幾乎支持所有拓撲，周期時間短、同步精度高，從站處理器無需處理以太網封包，所有程序資料由從站控制器硬件處理，能滿足工業自動化短數據更新時間、低通訊抖動和低成本硬件的要求，在機器控制、測量系統等領域廣泛應用。目前i.MX RT1180基于內置的EtherCAT subdevice controller已經實現了EtherCAT的EOE, COE, FOE等功能。
內置EtherCAT subdevice controller，相比于常規的外置控制器，擁有更低的成本，更高的PDI傳輸速度。恩智浦基于片內EtherCAT控制器設計了基于單顆i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服電機控制方案，并通過一臺滑臺絲桿的齒輪對接，對該方案的性能進行了展示。
該方案主站既可以利用TwinCAT實現，也可以使用SOEM進行實現，這里，選取了SOEM作為主站，其同步周期為250μs。從站節點基于CiA402協議完成數據處理，參考設計共有兩個從站節點，每個節點控制兩個電機，所有節點均運行在csp模式，單片i.MX RT1180最多可以支持四電機加現場總線方案。
基于單片i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服電機控制方案框圖
下圖給出了具體從站節點的方案圖，主要分為兩個部分：
EtherCAT通訊總線負責收發主設備的電機指令及反饋實時狀態。該部分由Cortex-M33核、片內 EtherCAT 子設備控制器和外部PHY芯片協同實現。PHY芯片通過 RMII接口連接子設備控制器，將RJ45的模擬信號轉為數字信號，再與Cortex-M33核一起完成協議棧處理。
電機控制部分，該部分由M7核完成，M7擁有更高的主頻，更高的算力，因此將用于實時性要求更高的電機控制應用。
i.MX RT1180非常適合工業通信應用，了解該高性能跨界處理器更多詳情，請瀏覽產品官網。
i.MX RT1180從站節點方案框圖
具備多種以太網方案i.MX RT1180除了能夠支持EtherCAT現場總線外，還支持TSN、Profinet等幾乎所有工業網絡。
i.MX RT1180支持多種以太網方案
支持多種編碼器接口協議
工業自動化對電機的控制精度要求十分嚴格，不同的應用場景需要應用不同的編碼器規格，不同的編碼器都需要對應的一套編碼器解碼外設，而i.MX RT1180可以通過靈活的FLEXIO外設模擬各種各樣的編碼器接口，僅僅需要四個引腳即可模擬市面上絕大部分的編碼器協議，能夠方便客戶節省成本與硬件設計資源，達到一套硬件電路適配多種編碼器的功能。
總結與展望
i.MX RT1180支持多種工業網路總線 (TSN、EtherCAT、Profinet等)，最高支持單芯片四電機控制的外設資源，多種多樣的外部存儲接口與通訊外設接口，主頻高達800MHz的M7核能夠及時完成繁重的電機處理任務，可以說該芯片非常適合工業自動化領域。
i.MX RT1180已加入恩智浦長期供貨計劃，承諾供貨至少15年，讓客戶后顧無憂。
推薦閱讀：
