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瑞萨全“芯”赋能中国大工业

现今,中国的工业4.0已经处于世界名列前茅地位,国内国际大厂在中国的市场和营收占比都非常大,也非常重视在中国的技术研发与生态合作。

正在全球掀起的第四次工业革命(或称工业4.0,中国称之为智能制造),重新定义了机器计算机与人之间的协同效应,同时利用大数据的分析来实现智能化的工业操作,第四次工业革命一直引领着全球产业的升级,随着技术的发展和应用的深入,现在工业4.0已经进入了一个实质的阶段。

据预测,全球工业4.0对制造行业的经济影响达到1.2万亿美元。各个公司会有不同的战略和部署,但都是以信息技术和制造业这种深度融合为主线来推进智能制造作为主攻的方向。

瑞萨对工业4.0方面的理解包含四个方面:

首先强调边缘智能化,即边缘设备的计算与数据处理比以往需要更多更强的处理能力;

第二是网络通讯,分布式控制与设备之间的通讯能力,数据吞吐量将会有极大的提高;

第三是可持续发展问题,如何通过快速高精度的控制来提高产品的质量,提高生产效率、降低能耗;

第四是安全性,随着整个生产系统越来越复杂并网络化,系统的安全性也将得到重视。

瑞萨开发了比较广泛的产品阵容,除了MCU、MPU以外,还有丰富的模拟和功率器件。

瑞萨四大核心技术包括:AI、网络安全与功能安全、数字+模拟+电源解决方案、本地云服务。瑞萨基于这四大核心技术不断激励更多的创新,实现持续增长。

其实从前面看,瑞萨的产品阵容与核心技术也主要是围绕对工业4.0的理解的四个方面的重点领域来展开的,包括公共安全,控制精度与算力、伺服驱动,工业网络,底层传感器,以及广泛的产品组合,从MCU,MPU到模拟产品电源等等,其研发的传感器也都是围绕整个工厂自动化过程的自动化部署而展开的。

据咨询公司的数据分析,整个工业以太网的发展将有17%的年复合增长率,工业网络通讯也是瑞萨布局的四大产品阵容与核心技术之一。

瑞萨将从芯片级底层开始打通,并支持每个主流的工业以太网协议。瑞萨在芯片的设计上,已经发布了遵从主流工业以太网协议的MCU或MPU来确保底层的硬件驱动电路从PHY层到MAC层,都能够适配不同的工业以太网协议,以方便客户在不同的网络环境下不必更改硬件电路设计。

譬如,瑞萨发布的RX72M MCU,基本上涵盖了超过70%以上主流的工业以太网协议。

如何精准的进行控制,特别是工业电机部分,其核心是要提供快速高精度的驱动与控制。

瑞萨的MCU基本上都覆盖了所有不同的电机的应用。包括以速度控制为主的空调压缩机、电动工具,到高性能的要求精准位置控制的机器人、机械手臂、伺服等,再到利用角度旋转变压器,以及未来专门针对性的产品线,这都是用了一系列瑞萨RX/T或者RZ/T的MCU产品,瑞萨除了有32位有内核的这种专门针对电机驱动的MCU以外,还有针对Arm核,M33内核的R/7系列MCU,结合多年对电机驱动的开发,瑞萨现在MCU基本上都支持5V的宽工作电压,可以大大提升整个MCU的抗干扰能力。

在以往传统的工业控制系统中,传感器的信号只能通过远程的IO,经过一些转换之后才能传送到控制器,控制器是不能直接访问底层传感器的数据,某些情况下即使能访问也只能获取到一些很基本的测量值,没有办法去获取传感器的其他大量参数,因此,以往的传感器实际上形成了数据隔离,变成了数据孤岛。

IO-LINK是一个针对这个痛点来解决的一种点对点双向的标准串行数字通讯协议,将IO-LINK引入到控制系统中,控制器就可以直接访问传感器或执行器的诊断、过程值、参数等等信息,解决了控制层与传感器层之间的信息隔离。

同时,以往用户想进行维护或者修改传感器的一些参数时,需要工作人员到现场对设备进行操作,尤其是最近两三年新冠疫情爆发的情况下,更加凸显了原来这种维护方法弊端。

IO-LINK无疑是解决这些痛点的优异解决方案。

瑞萨据此开发了一整套基于IO-LINK传输协议的解决方案,里面包括了IO-LINK主站的MPU,从站MCU,传感器的信号调节器,以及IO LINK PHY和光耦等产品。

随着系统越来越复杂性,并且网络化越来越深入,系统存在安全风险,包括系统本身会意外产生一些故障风险,都需要引起我们的高度重视。

未来全球工业安全市场将会以6.7%的年复合增长率持续增长。到2025年亚太地区整个复合增长率将达到8.6%。最新分析预计,机器之间通过网络通讯带有功能安全的网络控制节点,将从2019年的1,400万增长到2025的2,400万。说明安全是工业自动化中非常重要的应用领域。

瑞萨提供的解决方案在整个MCU的公共安全中进行了提升,采用了一种双MCU冗余的系统配置,这样对网络数据或者过程数据进行监控和MCU的自检,下面是瑞萨整套一揽子功能安全的方案套件。

全球的新能源发展已经如火如荼。芯片厂商在其中主要解决绿色可再生能源的供给、存储和使用等底层问题。

瑞萨的布局和建设

以风电或者太阳能为代表的清洁能源的装机比例正在逐年提升。

国内光伏的累计装机容量到2025年预计将达到5亿千瓦时,如果把5亿千瓦时平均分配到每一辆汽车,以每辆分配50千瓦驱动力为标准,可以驱动1,000万台汽车每天持续行驶4小时左右,这是非常可观的数据。在电力系统中,其全链路也都将配备储能系统。

这其中包括了电池组、电池管理系统BMS、换流器PCS,以及能量管理系统EMS,这将是一个具有很大成长空间的市场。

瑞萨的MCU能够覆盖新能源的每个环节。

包括光伏逆变器、储能电池、电表计量单元、交直流充电桩等。

瑞萨新能源MCU和解决方案

瑞萨在2022年7月完成了对Reality AI人工智能公司的收购,补全了边缘AI产品线,能够在瑞萨处理器上为工业物联网的边缘人工智能提供支持的新平台。

现在瑞萨可以提供完整的边缘计算人工智能的解决方案,从包括从机器学习,模型的建模开发,模型推导,数据分析,生成参考设计等。 

过去几年,瑞萨一直致力于整个MCU产品的相关基础建设,提供了丰富的产品组合,并加强了与本土合作伙伴的建设。其中包括与RT-Thread的合作。

2022年瑞萨与RT-Thread进行了紧密的软硬件融合。两者的开发环境方面也进行了相互集成。

基于瑞萨灵活的软件包,提供了整个RT-Thread的BSP制作教程,工程师可以在很短的时间内完成整个RA的BSP制作,还可以支持丰富的外设。

RT-Thread的Studio也可以支持瑞萨的开发,在嵌入式的软件库方面,瑞萨的MCU也可以选择RT-Thread丰富的中间件,加速整个开发过程。

具体的合作方面,据笔者了解到,目前瑞萨主要和RT-Thread在Cortex-M内核的RA MCU上进行了较多的合作,已经支持了瑞萨主流的RA6和RA2产品。RA6是200MHz的CM33 MCU,提供丰富的外设和强大的运算能力,和RT-Thread RTOS及社区提供的协议栈软件配合,可以实现灵活的系统软件配置和网络连接功能,而无需依赖外部模块提供的协议栈。RA2是低功耗MCU,并集成了瑞萨特色的电容触摸功能,通过RT-Thread的低功耗框架,实现了1uA以下的待机电流,并在RTOS框架下实现了触摸按键。这些都有助于更好的推广瑞萨的MCU和RT-Thread的软件和支持。

在与瑞萨交流沟通者,笔者Challey问到“怎样看待RT-Thread的产品和技术以及相互之间的合作?”时,瑞萨相关负责人表示:“RT-Thread作为国内名列前茅的嵌入式开源社区,为MCU的发展提供了优异的软件支持。瑞萨和RT-Thread合作,可以充分利用RT-Thread稳定的RTOS产品和丰富的社区资源,让可以更快上手使用瑞萨的MCU,同时获得及时的支持和反馈。”

不断全球化发展的RT-Thread

据了解,作为已经有十多年历史,具有全球广泛用户基础,在2021年的终端装机数量就已超过10亿的物联网开源开放平台的RT-Thread,截止2022年底,其产品和平台的应用已遍布全球70多个国家,海外开发者已经超过15000名。

RT-Thread的生态也进行了持续扩张,成为了目前完善的平台型操作系统,包括MCU微型化操作系统、IoT智能物联网设备操作系统、高算力Smart操作系统。并覆盖了ARM、RISC-V、x86、ARC、DSP等几乎全面的芯片架构。其运营公司也与国内外众多知名软硬件厂商达成了紧密合作。

瑞萨与RT-Thread等具有全球开拓能力的本土公司合作,使其构建了强大的本土化全链路技术基建。

展望2023年及接下来的3-5年发展时,瑞萨相关负责人表示:“未来几年内,瑞萨会在高端产品上突破发展,在MCU系统上实现更多的AI功能;在基础产品上会继续深入,做实做强,为客户提供完整的解决方案。”,

“瑞萨未来3-5年,还是会以我们传统的电机驱动MCU为主,并集成工业以太网通信等方向规划新产品新方案,另外,还有功能安全,传感器IO LINK协议等。嵌入式AI是我们边缘智能化设备的一个重要的核心技术,我们将把嵌入式AI结合我们工业电机驱动上的经验与优势,增强智能终端设备的可预测性维护、监控电机运行状态等方面的应用。”

文章来自:https://www.eet-china.com/