瑞薩RZ/N2L MPU

RZ/N2L是一種工業(yè)以太網(wǎng)通信用MPU，可輕松將網(wǎng)絡功能添加到工業(yè)設備中。它搭載支持TSN的三端口千兆以太網(wǎng)交換機和EtherCAT從控制器，可支持EtherCAT、PROFINET RT/IRT、EtherNet/IP、OPC UA等主要的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議。它對網(wǎng)絡專用配套芯片加以優(yōu)化，無需大幅改變設備的內(nèi)部配置即可直接連接并快速訪問外部應用主機CPU。此外，Arm Cortex-R52的最大工作頻率為400MHz，外設功能包括帶ECC的大容量RAM與ΔΣ I/F、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM定時器、UART和CAN等，可在單個芯片上實現(xiàn)遠程I/O、傳感器集線器、變頻器和網(wǎng)關。

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應用場景描述

中國一家自動化和IT解決方案供應商正在RZ/N2L平臺上測試自己的EtherCAT設備。測試中的EtherCAT系統(tǒng)由62個I/O模塊和4個耦合器組成，網(wǎng)絡拓撲如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡拓撲圖

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問題描述

客戶在測試過程中遇到了一個問題，有時系統(tǒng)啟動時EtherCAT主站無法掃描到子網(wǎng)中的所有設備。直接原因是主站掃描處理時出現(xiàn)“丟幀”，耦合器和I/O模塊均出現(xiàn)錯誤。解決這個問題的唯一方法是重新啟動整個系統(tǒng)。

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瑞薩提供的解決方案和優(yōu)勢以及如何解決問題

RZ/N2L平臺同時提供MII和RMII接口，客戶在其應用中選擇RMII并獲得以下好處：

對于使用RZ/N2L，該平臺可以產(chǎn)生與PHY芯片共享的RMII_REFCLK。這可以幫助客戶節(jié)省一顆晶振，從而降低BOM成本，大約可以節(jié)省1元左右的成本。

由于RMII接口需要的引腳比MII少，這使得客戶可以輕松布局PCB板，并有額外的引腳可用于其他功能。

為了找到根本原因，我們與客戶一起進行了大量的猜測和測試。最后找到了一種將PHY設備工作模式從Master切換到Slave的方法。我們發(fā)現(xiàn)不同時鐘域的一致性是實時以太網(wǎng)應用中的一個重要考慮因素。當PHY (DP83826) 工作在主模式時，PHY和MAC (TX/RX) 可能工作在不同的時鐘域（如圖2左側(cè)部分）。如果一致性差，RX端口可能會丟幀。相對而言，當PHY和MAC (TX/RX) 工作在同一時鐘域時（如圖2右側(cè)部分），該問題可以解決?？蛻粢餐ㄟ^測試驗證了該方案。

圖2 PHY芯片時鐘源模式對比

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項目收獲

雖然PHY問題已經(jīng)解決，但是客戶還是提出了一個問題，為什么Mater中的PHY時鐘源模式無法正常工作。我們試圖回答這個問題，并從內(nèi)部討論和分析中找到了一些線索。仍然需要解決PHY連接模式和時鐘域問題。除此之外，我們還舉了一個例子，在2端口應用中，理論上只有1個PHY應該工作在主模式，另一個應該工作在從模式，如圖3右側(cè)部分。（連接圖尚未驗證，僅供參考。）

圖3 MAC-PHY連接比較

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結(jié)論

經(jīng)過以上分析比較，我們建議MAC-PHY接口設計如圖2右側(cè)所示。顯然它具有以下一些優(yōu)點：

連接簡單

簡單的PHY芯片驅(qū)動配置

容易明白

易于在其他相關應用中推廣和復制

對于應用程序：

MII接口仍然是EtherCAT應用的第一選擇；

如果客戶由于某種原因不得不選擇RMII，請務必使用從屬模式。

審核編輯：劉清