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工业4.0来了!提高工控“表达能力”的片上系统

作者:angelazhang时间:2015-12-08

融合控制和IT技术于一体的片上系统RZ/A1


随着“工业4.0”概念的提出,机械控制与感应信息,高速控制网络,工厂整体IT信息的相互关联,以及与生产力的紧密相连,是工业自动化的发展趋势。工业4.0的目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式,在这种模式中,传统行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组。为了使我们的生活更加舒适、安全,并推进智能环保型社会的发展,控制系统和IT的融合在社会的方方面面中都发挥着积极的作用。因此就要求更多的设备及系统加速向高功能化发展,并具备高度的操作性和网络连接性能。嵌入式系统中除了以往的高精度且低功耗的功能外,如何通过简单明了的显示来扩展已具备高操作性的“HMI(人机界面)”功能,以及如何扩展已实现了顺畅网络连接的“Connectivity(连接性)”备受市场期待。于是,支持控制系统和IT融合的新一代嵌入式系统的时代开始了。


通常,在进行嵌入式系统开发时,首先会根据系统用途选择单片机的性能和功能后再进行后续设计。但是,支持将控制系统和IT融合的新一代嵌入式系统中,需具备可存储更大容量的程序和数据、以及可进行更高速数据处理的能力。在进行上述的高端系统设计时,大多数情况是先选择具备必要性能的嵌入式处理器,再通过外置电路对存储器及外围设备进行设计。此时,为了进行外置电路设计,必将面对如何缩短开发周期、削减成本以及实现小型化等重要的开发课题。


很多客户都在苦苦思考如何推进将控制系统和IT融合的新一代嵌入式系统设计。为了突破该状况,瑞萨提出的“化解法”是:在具有高运算处理能力的处理器中内置大容量的存储器,对继承了瑞萨单片机的丰富经验和实绩的微处理器“RZ”家族产品进行开发。

图1:“RZ”家族单芯片实现系统设计


 “RZ/A”系列产品实现了将控制系统和IT融合的嵌入式系统。“RZ/A”系列产品由内置了10M字节存储器的“RZ/A1H”和内置了5M字节的“RZ/A1M”、以及内置了3M字节的“RZ/A1L”等各种程序包组合而成,并作为“RZ/A1x”产品组(共15种产品)进行展开。


RZ/A1系列产品的优越性能主要体现在下面几个方面:

(1) 高速的运算处理能力

RZ/A1系列产品具有独特的先进制造工艺,搭载了高性能的CPU内核ARM® Cortex™-A9”。为了实现高速的存储器存取及数据处理,该处理器最大运行频率提高到了400MHz。和以往的“SuperH”处理器相比,其运行频率约提高了1.5倍(图2)。


图2:“SuperH”和“RZ/A”系列产品的运行频率对照图


(2) 内置大容量存储器

通过内置最大达10M字节的大容量存储器,可存储大的程序和数据。所以可在无外置存储器的情况下存储(用作帧缓存器)两幅32位全彩色WXGA尺寸的图像信息。同时还因内置有存储器而具备了高速存储的优点。由于无需外置存储器,降低了存储成本的同时,在安装面积、功耗以及噪声对策等方面也具有很大的优势。另外,还解决了PC通用存储器方面经常面临的供给及价格不稳定以及规格变更等方面的不稳定因素。


(3) 继承了瑞萨单片机丰富的经验和实绩

 “RZ/A”系列产品中,在图像处理功能中搭载了可进行高速绘制的OpenVG1.1的2D图像处理加速器,另外还搭载了VideoIn/Out功能等支持各种显示的功能。在通信功能方面,搭载了USB2.0(支持Host/Function)功能而使其可与硬盘及USB存储器等进行高速通信,SD/MMC接口可使其与SD卡进行通信,而10/100以太网MAC则支持网络连接(图3)。

图3:RZ/A”系列产品提高系统的显示功能


瑞萨和ARM的“生态系统”合成一个整体,最大限度地支持客户的系统,以实现更高的功能。瑞萨与ARM合作开发出了面向“RZ/A”系列产品的启动套件“DS-5™ Starter Kit for RZ/A1”。“DS-5”是支持ARM几乎所有内核的开发工具,其中包含编译器、调试器、免版税的实时系统“CMSIS-RTOS RTX”等。瑞萨对“DS-5”进行优化后使其更加适合于进行“RZ/A”系列产品的评估和开发。




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