#工業4.0 #智慧製造 #工業自動化 #軟體可配置輸入輸出SWIO #電源管理單元PMU #工業乙太網 #10BASE-T1L
【降低模組開發成本的神器:SWIO】
不論是用於程序控制安裝還是工業自動化系統,I/O 模組或現場接線盒在整個產品生命週期中都面臨著各種獨特的挑戰。產品管理層需要決定每個產品使用多少個通道以及進行哪些組合。電子設計人員必須決定如何對專案中的各種類比或數位訊號實現傑出性能以及成本高效的系統。所有不同的產品和大量接線圖可能使安裝技術人員心力交瘁。
於是,市場上開始出現「軟體可配置輸入/輸出」(Software Configurable I/O; SWIO) 積體電路 (IC) 產品,可隨時支援接腳上的任意功能和組合。對於程序控制或工廠自動化中的工業可編程邏輯控制器 (PLC) 或分散式控制系統 (DCS),終端客戶和應用的要求不同;隨著工業 4.0 的出現,消費者的行為和需求也發生了變化,因此,製造商需要更彈性的系統來快速輕鬆地適應不斷變化的要求。
為此,製造商不能再依賴為大眾市場產品設計的固定的大規模系統和可預測的需求。相反,他們需要彈性的系統,此類系統支援快速重新配置,停機時間和資本投入也處於非常低的水準。SWIO 元件不僅支援其通道作為輸入或輸出編程,而且支援作為類比或數位編程。此外,還可對它們進行高效設定,用於讀取 2 線或 3 線電阻溫度偵測器 (RTD) 或熱電耦。
使用正確的 SWIO IC,允許製造商開發一個可代替多個陳舊固定功能 I/O 模組的平台,亦可應用於 I/O 隨著每次安裝而動態變化的多個終端應用中,有助於降低產品管理、物流、製造和支援成本。另由於軟體可配置 I/O 可進一步用於需要更新至 10BASE-T1L 工業乙太網路系統的棕地裝置,所以可將其用於為基於乙太網路的控制網路之間的連接橋樑,能在現有支援 HART 的 4~20 mA 感測器/致動器與 10BASE-T1L 或 100M 光纖回程之間進行轉換。
延伸閱讀:
《軟體可配置硬體如何協助實現工業 I/O 模組的彈性》
http://www.compotechasia.com/a/tech_application/2021/0913/48992.html
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#汽車電子 #微控制器MCU #電子控制單元ECU #ISO26262
【汽車 ECU 大軍集結,多核心 MCU 強勢出線】
汽車各種網域及區域控制器將與現今分散式系統的邏輯軟體功能整合,因此開發複雜度問題也將由具有眾多個別電子控制單元 (ECU) 的車輛網路,轉移至中央網域/區域 ECU 的軟硬體架構。其中除了要將運算能力擴充為 15k DMIPS (Dhrystone 每秒百萬指令),也需要依據 ISO26262 彈性整合不同 ASIL (車輛安全完整性等級) 的各種功能,讓系統可用性成為需要克服的技術挑戰。
Gigabit 乙太網路可在網域電腦之間交換大量資料,與感測器和致動器通訊的部分可繼續使用 CAN、Flexray 及 LIN 等傳統網路技術。最後的關鍵因素在於密碼安全性。不論是在外車輛軟體更新的安全性、偵測網路操控及保護私密資料,都需要在所有 ECU 類別提供強大的安全功能。凡此種種皆增加對微控制器 (MCU) 的需求,讓微控制器系列的可靠度 (亦即強固程度及擴充能力) 成為重要標準。
所謂的強固電腦,必須具備可證明的決定性行為,處理時間急迫的功能,並在故障時快速回復。具備最佳化架構的「多核心 MCU」,在此能以即時控制功能展現自己的強項——傳統處理器具有複雜的記憶體管理和多種快取層級,通常無法可靠預測最大的功能執行次數。技術可靠度也是強固電腦系列的基本特性,若具備嚴格的開發程序、廣泛模擬老化效應,以及提供測試能力的特殊功能區塊,運作時就可達到 ppb (十億分之一) 程度的錯誤率。
此外,整合式快閃及 RAM 記憶體與其安全機制,則可確保整個生命週期過程中的強固度。快速調整因應未來需求擴充能力也扮演重要角色。在不從頭開始開發的前提下,能以多快速度因應市場需求變化?如果是複雜的多核心系統,依據 ISO26262 的軟體架構及功能安全概念,需要投入高度的研發工作。現今需要符合成本效益的單核心 ASIL-D 電腦,也需要六核心電腦配備 16 MB 以上的快閃記憶體、大型功能安全 RAM 區塊,以及應用程式專屬的特殊加速器。
最後則需要全方位的安全架構,因應所有的功能元素,例如運算核心、記憶體區塊、匯流排及通訊介面等項目。處理器上隔離的「安全孤島」不足以排除可能發生的安全關鍵故障事件。在網域電腦的 ECU 概念中,需要結合處理器和具備ASIL-D功能的微控制器以保證最高的功能安全。全新的車輛 E/E 架構可支援在外車輛的軟體更新,其中需要強大的硬體安全模組,以提供保護避免更新遭到操控,並對抗攻擊維護車輛內部網路流量的安全。
延伸閱讀:
《適合汽車 ECU 的微控制器,為未來車款提供可靠的運算能力》
http://www.compotechasia.com/a/feature/2021/0813/48766.html
#英飛凌Infineon #AURIX TC3x
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#微控制器MCU #WiFi #工業物聯網IIoT #類比數位轉換器ADC #硬體安全模組HSM #自加密驅動器SED #整合開發環境IDE
【ADC 位元數、GPIO 介面、安全加密…… ,MCU 都考慮到了嗎?】
工業物聯網 (IIoT) 的發展趨勢是縮減成一個系統單晶片 (SoC) 方案,而非靠使用多個離散式元件組合以精簡物料清單、降低設計風險、減少佔用空間。Wi-Fi MCU 即是一例,它將 Wi-Fi 連接與處理器及所需的 GPIO (通用型之輸入輸出介面) 整合在一起,以滿足多種應用。市面上低成本的 Wi-Fi 連接方案,通常會以周邊數量和整體效能為代價;然而,Wi-Fi MCU 須兼具穩健的 Wi-Fi 連接和高效 MCU 功能,缺一不可。
指定 Wi-Fi MCU 時,類比數位轉換器 (ADC) 是最易忽視的功能之一,設計人員關注的首要規範之一是 ADC 的位元數。事實上,實際位元數將低於 (甚至遠低於) 資料手冊裡的規範;ADC 可用於執行轉換的有效位元數 (ENOB) 更為重要,ENOB 始終小於資料手冊規範 (越接近越好),因為在不同 ADC 之間這一位元數有著很大差異。可用於執行轉換的位元數越少,SoC 的輸入訊號的精確度就越低。此外,ADC 的量化和時序誤差,以及偏移、增益和線性度的變化皆是負面因子。
ADC 還有一個眾所周知的缺點:易受諸多工業物聯網運行環境中常見的大溫度波動影響;如果 MCU 供應商無法提供 ENOB、效能隨溫度變化情況、線性度和精確度等資訊,應拋棄不用。另隨著系統的完善,可能會增加更多的介面;若 SoC 有備用 GPIO,則可以在幾乎不共用接腳的情況下控制更多繼電器、開關和其他元件。元件支援的介面應包括乙太網 MAC、USB、CAN、CAN-FD、SPI、I2C、SQI、UART 和 JTAG (可能還包括觸控發送和顯示支援),以確保擴充需求。
安全性對於每個物聯網應用都至關重要,IIoT 後座力尤大。在整個設施乃至整個公司擴散。第一級所需安全性位於 MCU 的整合加密引擎中,將循序執行或並存執行加密和身份驗證。密碼應包括 AES 加密 (金鑰大小最高 256 位元)、DES 和 TDES,身份驗證應包括 SHA-1 和 SHA-256 以及 MD-5。由於每個雲端服務提供者都有自己的認證和金鑰,為其開通元件是一個複雜的過程,需掌握大量與加密相關的知識,是設計人員針對雲端服務開通產品時最具挑戰性的任務之一……。
延伸閱讀:
《指定支援 Wi-Fi MCU 時的注意事項》
http://www.compotechasia.com/a/feature/2021/0813/48767.html
#微芯科技Microchip #WFI32 #Trust&GO平台 #WPA3
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