【导读】i.MX RT1180作为恩智浦新一代跨界处理器，首次在工业场景中实现了双核异构架构与多协议工业总线的深度融合。其300MHz Cortex-M33核心负责实时通信调度，800MHz Cortex-M7核心专注运动控制算法，配合内置的TSN交换机与EtherCAT从站控制器，可同时打通以太网与现场总线通道，为伺服系统提供单芯片级的多协议兼容能力。结合高度集成的电源管理单元，该芯片将传统需要多颗芯片协作的伺服驱动架构压缩至单芯片方案，大幅降低系统复杂度与物料成本。
i.MX RT1180作为恩智浦新一代跨界处理器，首次在工业场景中实现了双核异构架构与多协议工业总线的深度融合。其300MHz Cortex-M33核心负责实时通信调度，800MHz Cortex-M7核心专注运动控制算法，配合内置的TSN交换机与EtherCAT从站控制器，可同时打通以太网与现场总线通道，为伺服系统提供单芯片级的多协议兼容能力。结合高度集成的电源管理单元，该芯片将传统需要多颗芯片协作的伺服驱动架构压缩至单芯片方案，大幅降低系统复杂度与物料成本。
工业以太网在工业自动化中的应用
工业以太网将以太网技术延伸至工业控制场景，主要应用于工厂自动化、过程自动化、智能仓储与物流、能量管理等领域。相比于传统总线，工业以太网具有以下优势：
•更高带宽的传输速度，更好的兼容性
工业以太网传输速率可达100Mbps至10Gbps，支持大带宽数据传输，且兼容IT网络标准，易于与云端、ERP系统对接；而传统工业总线传输速率较低 (通常≤1Mbps)，协议封闭，跨系统集成困难。
•支持远距离传输与强拓展性
以太网通过交换机可扩展传输距离 (单段超100米)，支持大规模组网。
•高实时性
工业以太网通过实时协议 (如EtherCAT、Profinet) 解决传统以太网的传输延迟问题，实时性接近传统总线，同时支持多设备并发通信。
•低维护成本
以太网硬件标准化程度高，成本低，且维护方便 (持热插拔、远程诊断)，传统总线设备专用性强，硬件与协议定制成本高，升级维护复杂。
•更强的灵活性与开放性
工业以太网支持IP协议，可直接接入互联网，便于实现远程监控与工业物联网 (IIoT) 融合；传统总线协议封闭，需网关转换才能与外部网络通信，难以适应智能化升级需求。
迄今为止，以太网现场总线新接入节点达到76%，远超传统的现场总线，是未来现场总线的趋势。
基于i.MX RT1180的EtherCAT+伺服控制
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)，即“以太网控制自动化技术”，是由德国Beckhoff公司研发的一种基于以太网的现场总线系统的开放架构。它突破传统以太网局限，数据帧经各节点时，能高速动态读写数据并插入新数据，带宽利用率超90%。
EtherCAT几乎支持所有拓扑，周期时间短、同步精度高，从站处理器无需处理以太网封包，所有程序资料由从站控制器硬件处理，能满足工业自动化短数据更新时间、低通讯抖动和低成本硬件的要求，在机器控制、测量系统等领域广泛应用。目前i.MX RT1180基于内置的EtherCAT subdevice controller已经实现了EtherCAT的EOE, COE, FOE等功能。
内置EtherCAT subdevice controller，相比于常规的外置控制器，拥有更低的成本，更高的PDI传输速度。恩智浦基于片内EtherCAT控制器设计了基于单颗i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服电机控制方案，并通过一台滑台丝杆的齿轮对接，对该方案的性能进行了展示。
该方案主站既可以利用TwinCAT实现，也可以使用SOEM进行实现，这里，选取了SOEM作为主站，其同步周期为250μs。从站节点基于CiA402协议完成数据处理，参考设计共有两个从站节点，每个节点控制两个电机，所有节点均运行在csp模式，单片i.MX RT1180最多可以支持四电机加现场总线方案。
基于单片i.MX RT1180芯片的EtherCAT+伺服电机控制方案框图
下图给出了具体从站节点的方案图，主要分为两个部分：
EtherCAT通讯总线负责收发主设备的电机指令及反馈实时状态。该部分由Cortex-M33核、片内 EtherCAT 子设备控制器和外部PHY芯片协同实现。PHY芯片通过 RMII接口连接子设备控制器，将RJ45的模拟信号转为数字信号，再与Cortex-M33核一起完成协议栈处理。
电机控制部分，该部分由M7核完成，M7拥有更高的主频，更高的算力，因此将用于实时性要求更高的电机控制应用。
i.MX RT1180非常适合工业通信应用，了解该高性能跨界处理器更多详情，请浏览产品官网。
i.MX RT1180从站节点方案框图
具备多种以太网方案i.MX RT1180除了能够支持EtherCAT现场总线外，还支持TSN、Profinet等几乎所有工业网络。
i.MX RT1180支持多种以太网方案
支持多种编码器接口协议
工业自动化对电机的控制精度要求十分严格，不同的应用场景需要应用不同的编码器规格，不同的编码器都需要对应的一套编码器解码外设，而i.MX RT1180可以通过灵活的FLEXIO外设模拟各种各样的编码器接口，仅仅需要四个引脚即可模拟市面上绝大部分的编码器协议，能够方便客户节省成本与硬件设计资源，达到一套硬件电路适配多种编码器的功能。
总结与展望
i.MX RT1180支持多种工业网路总线 (TSN、EtherCAT、Profinet等)，最高支持单芯片四电机控制的外设资源，多种多样的外部存储接口与通讯外设接口，主频高达800MHz的M7核能够及时完成繁重的电机处理任务，可以说该芯片非常适合工业自动化领域。
i.MX RT1180已加入恩智浦长期供货计划，承诺供货至少15年，让客户后顾无忧。
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