飞思卡尔:平衡的艺术--性能与节能两不误

2018-02-04 16:49:41编辑:王磊 关键字:人机界面  通信协议  飞思卡尔

对于工业4.0,不同企业有着不同的诠释,而互联是其最大的特点。通过现场总线、工业以太网、RFID,甚至Wi-Fi等有线或者无线方式将工业应用中的所有设备连接起来,再通过网关联接到云端。飞思卡尔为许多有线和无线工业通信协议人机界面提供工业控制和网络的解决方案,其安全系统可在制造或加工工厂的典型恶劣环境下,承受黑客、克隆、篡改和软错误。


优化工业应用


在飞思卡尔众多针对工业通信的产品中,最新推出的QorIQ双核T1024和T1023通信处理器是比较可圈可点的。T1024和T1023为工业市场提供优化的功能,包括面向HMI的显示界面单元、面向工业协议卸载的QUICC Engine以及针对高可靠性“始终在线”应用的错误检查与纠错(ECC)支持。其中QUICC 引擎模块为TDM、HDLC、UART、ISDN和工业协议等传统 WAN协议提供综合支持。


T1024和T1023配备64位内核,基于Power Architecture技术构建,提供网络、电信和工业联网应用所需的高性能数据通路加速架构(DPAA)和网络外设总线接口。其目标应用包括:有线和无线分支路由器、WLAN 11ac企业接入点、服务提供商WLAN接入点、统一的威胁管理网关、多功能打印机、路由器和交换机控制器、线卡控制器、工业自动化和计算、单板计算机、航空航天和国防级耐用网络设备。


全新的QorIQ T1023和T1024处理器为广受欢迎的QorIQ P1系列和PowerQUICC处理器组合了无缝应用软件的可扩展性和出色的卸载性能升级路径。T1023器件针对802.11ac智能边缘WLAN接入点和分支路由器,同时T1024 SoC经济高效地升级了打印和成像、传统控制应用和线路卡。


平衡的艺术——性能与节能两不误


与热门的ARM内核相比,Power Architecture与工业结缘的历史更为悠久,并且已经在工业及通信领域证明其有很强的可靠性和安全性。e5500架构是飞思卡尔e500内核的两倍,设计频率高达2.5 GHz,可以运行在64位或32位模式。64位e5500内核实现了诸多改进,包括支持多核SoC实施方案以及异构多核处理器,并实现了集成度和性能的独特结合,在非常低的功率范围内达到了非常高的性能水平,为嵌入式能效设定了一个基准。


T1023/24处理器带2个或4个采用Power Architecture技术的e5500单线程内核,高达1.4GHz,带64位ISA支持;低延迟、每核、内核定时,256KB专用缓存;混合32位模式,支持传统的软件,并可过渡到64位架构;32/64位DDR3L/4 SDRAM存储控制器,带ECC支持,高达1600MT/s。


T1023/24的一大特点是性能与功耗的完美结合,可以说是“智能节能”,其体现在几个方面:首先是每瓦性能达到1800 Coremark;总功耗小于4W(主频为1.4GHz);e5500核支持不同层次的低功耗模式(睡眠、等待和倦怠);通过基于ECMA 363的自动应答提供深度睡眠支持,无数据包丢失;符合能耗标准,如欧洲行为守则、能源之星等。


此外,建议使用F104S8A四端口千兆以太网铜PHY作为T1023/24通信处理器的配套设备提供,F104S8Aq器件可优化所有链路运行速率的功耗。


信息安全性解除后顾之忧


最近,一起发生在德国的机器人事故引起业界广泛关注,引发对机器人安全性的讨论。其实完全没必要恐慌,因为从智能家居到工业4.0,这些物联网应用早在设计之初就十分重视安全性。安全包括物理安全、功能安全、信息安全三个方面。以工厂的机器手臂为例,物理安全指其所在位置的安全,例如不受风雨、地震应用等;功能安全是指其能正常地工作,既不出故障,也不给其他事物带来破坏;信息安全是指其接收和发送的数据安全,不受黑客攻击,并且只有授权用户才能与它进行信息交互,甚至不同级别的授权用户有不同的操作权限。


那么飞思卡尔通信处理器可以在安全性方面做些什么呢?以信息安全为例,T1023/24所有端口均带有MACsec,它是一个用以保护局域网安全的主要协议,这一协议通过识别局域网上非授信站点来阻止其通信,从而保证网络正常运行,同时还能保护信息完整性和保密性信,并减少对2层协议的攻击。T1023/24还支持硬件虚拟化和分区执行,有额外的特权级别,用于管理程序支持。指令有3个等级:用户、超级用户、管理程序,而分等级是信息安全最有效的措施之一,避免没有权限的人对系统造成破坏。此外,QorIQ可信架构可提供安全引导、安全调试、篡改检测、易失性密钥存储等功能。


T1023/24集成的DPAA不仅有加速特性,也带来了安全性。其功能包括:全L2/3通道和加密/解密分流支持,用于诸如WLAN等功能;CAPWAP/DTLS安全无线链接;数据包解析、分类和分布;支持调度、数据包排序和阻塞管理的队列管理;用于缓冲区分配和释放的硬件缓冲管理;密码加速(SEC 5.x)。


外设接口


工业应用接口种类繁多,例如维护用的低速现场总线(RS-485)、过程处理用快速现场总线(CAN),即使实现类似功能,采用的协议也可能大相径庭。因此,针对工业应用的通信处理器需要对接口有强大的支持。


T1024/1023包括以下网络单元和外设接口:SerDes(4条高达10Gb/s的通道,支持SGMII、QSGMII、PCIe和SATA);高达4个以太网MAC;3个PCI Express 2.0控制器;1个串行ATA (SATA 2.0) 控制器;两个高速USB 2.0控制器,带集成物理层;增强型安全数字主控制器 (SD/MMC/eMMC);增强型串行外围接口;两个I2C控制器;4个UART;集成式闪存控制器,支持NAND和NOR闪存。


参考设计和软件支持


QorIQ T1024参考设计板(T1024RDB)是一种高性能评估和开发平台,支持基于Power Architecture技术构建而成的QorIQ T1024和T1014通信处理器。该电路板配备1.4 GHz QorIQ T1024处理器和丰富的I/O组合,主要面向网络和以太网应用为主的QorIQ T1系列通信处理器评估,例如,固定路由器、交换机、互联网接入设备、防火墙和其他数据包过滤应用、以及通用嵌入式计算中的混合控制和数据平台。QorIQ T1024RDB可以帮助您加快产品上市速度。在您的硬件和软件生产之前,该系统可作为软硬件开发、调试和性能评估的参考。如果需要,还可提供设计文件。


在T1024RDB中,系统一旦进入深度睡眠模式,可以通过软件对定时器和中断控制器进行编程,使得只有在重要事件时才唤醒处理器,并且能决定是返回睡眠模式还是激励处理器全速率运行。


飞思卡尔多年来组建起了丰富的生态系统,为其产品的广泛应用打下了坚实的基础。其与合作伙伴可为用户提供一系列广泛工具、运行时软件、参考解决方案和服务,加速设计。例如:面向Power Architecture技术的CodeWarrior Development Studio、QorIQ Linux SDK、VorTIQa应用软件、专业服务和支持(如参考设计软件支持包)、第三方软件和工具(包括Enea、Green Hills、Mentor Graphics以及Wind River)。


其中,CodeWarrior Development Studio充分发挥了通信和网络应用的全部潜力,其集成在Eclipse开发框架内,集成了Linux Build工具和极其先进的具有软件分析功能的多核处理器及多核调试技术,使用户能够构建、调试并且优化基于飞思卡尔Power Architecture技术的多核应用。

关键字:人机界面  通信协议  飞思卡尔

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