基于 Renesas RX65N 的工业控制网络应用方案

随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革,开始向网络化方向发展。对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求,又催生了当前在商业领域风靡的以太网与控制网络的结合。这股工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来,从而拓展了工业控制领域的发展空间,带来新的发展机遇。

大联大世平集团针对工业控制网络市场,推出基于 Renesas MCU RX65N 的工业控制器方案。此方案结合以太网和 USB 接口,并带有 Android 接口,可方便扩展工业控制上的其他功能,比如 HMI、Sensor 信号采集等。RX65N上配备多种加密引擎,满足工业控制网络中的安全防控。还有 Dual Bank Flash ,方便固件升级。

硬件设计说明: 

  1. 主控

        采用的是 Renesas MCU RX65N,该产品是主流 RX 微控制器,具有 RXv2 内核、大容量 RAM,提供增强的安全性、连接功能和人机界面 (HMI) 功能。它的基本参数如下:

    • RXv2 内核 120 MHz 工作频率 (34 CoreMark/mA)
    • 2.7 至 3.6 V 工作电压
    • 多种封装类型:64引脚(4.5mm x 4.5mm,BGA)至176引脚
    • 配备各种通信接口,比如以太网、USB、CAN、SD 主机接口和四通道 SPI
    • 最大2MB程序闪存,640KB SRAM(DualBank Flash 使得固件更新更方便)
    • HMI:TFT-LCD 控制器和 2D 图形引擎可以减少 LCD 显示时的 CPU 负载
    • Analog:

                                12-bit ADC : 8 + 21 Channels

                                12-bit DAC : 2 Channels

    • 安全:

                                配备内存保护功能,可以防止非法访问闪存

                                配备TSIP,防止关键数据泄露

                                配备各种加密引擎:AES、TRNG、TDES、RSA、SHA

    • 低功耗、高性价比
    • 芯片价格较同类产品有优势

        主控 MCU 框图如下图所示:

  1. Ethernet PHY

        方案采用的 Ethernet PHY 芯片是 Microchip 的 LAN8720A。LAN8720A 是体积小、功耗低、全能型 10/100以太网收发器。可通过 RMII 接口连接到 MCU。并且内置了低压调节器和 ESD 保护组件,大大降低了 BOM 成本。

  1. 电源设计

        方案采用的电源芯片是 Renesas 的同步降压 DC-DC ISL80019AIRZ。其特点如下:

    • 输入电源电压 Vin:2.7-5.5V
    • 输出电压 Vout:0.6V-Vin
    • 最大输出电流 Iout:1.5A
    • 开关频率 Fsw:2MHz
    • 过流/短路保护
    • 过热保护
    • 效率高达 95%


方案 MCU 原理图:

         

PCB Layout

        Top Layer:
        

        Bottom Layer:
        

软件设计说明: 

  1. 软件开发工具:e² Studio

        方案采用 Renesas 自己的软件开发工具:e² Studio 来实现 RX65N 的代码编辑和调试。

        

        可以从 Renesas 官网下载最新的软件版本,软件工具的使用可参考大大通博文:【瑞萨开发工具】之系列博文。

  1. 软件架构

        方案软件架构可分为两个部分:底层驱动、上层应用。底层驱动可以由 e² Studio 里的代码生成器(Smart Configurator)来自动生成。上层应用由软件工程师根据需求设计。

        

        
用 e² Studio 和 Smart Configurator 来开发代码,不仅便捷、简单高效,而且可靠。软件开发应用请参考大大通博文:【轻松入门 Renesas MCU】之系列博文。

场景应用图

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