利用德州儀器信號鏈方案全方位優(yōu)化網(wǎng)關(guān)性能

在萬物互聯(lián)的時(shí)代，工業(yè)網(wǎng)關(guān)有了新的內(nèi)涵，已不只是簡單的網(wǎng)絡(luò)或協(xié)議交換的功能。數(shù)據(jù)吞吐量、數(shù)據(jù)并發(fā)通道、新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)支持等不斷增長，而這些只是傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的技術(shù)發(fā)展要求，還會(huì)涉及到包括邊緣計(jì)算、增強(qiáng)安全加密等一系列采集、控制和預(yù)處理功能，這些新技術(shù)正在引領(lǐng)著工業(yè)網(wǎng)關(guān)的發(fā)展。與此同時(shí)，伴隨中國工業(yè)化加速的是對產(chǎn)品成本越來越優(yōu)化的需求。

而如今，在智能制造、新基建、工業(yè) 4.0 等等一系列大背景下，工業(yè)網(wǎng)關(guān)正在迎來新一輪的變革。德州儀器也和其合作伙伴——創(chuàng)龍科技，攜手助力中國電力設(shè)備成套供應(yīng)商繼續(xù)活躍于全球電力行業(yè)。

助力儲(chǔ)能網(wǎng)關(guān)的高性能設(shè)計(jì)的優(yōu)選方案

2018 年底，NN 公司創(chuàng)業(yè)伊始，需要針對儲(chǔ)能行業(yè)開發(fā)出高性能網(wǎng)關(guān)。不同于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)關(guān)，儲(chǔ)能站的網(wǎng)關(guān)除了處理儲(chǔ)能單元的數(shù)據(jù)之外，還需要采集電流、電壓及溫度等數(shù)據(jù)，使儲(chǔ)能站的計(jì)量更加準(zhǔn)確，同時(shí)也可以確保整個(gè)系統(tǒng)的高安全可靠特性。此外，當(dāng)時(shí)正值儲(chǔ)能賽道剛剛起步，NN 公司因此強(qiáng)烈希望縮短產(chǎn)品上市周期以搶占市場。由于自身嵌入式領(lǐng)域積累不足，尋找了幾家工業(yè)嵌入式方案供應(yīng)商，以期獲得最專業(yè)的答案。

廣州創(chuàng)龍電子科技有限公司（以下簡稱“創(chuàng)龍科技”）的技術(shù)人員接到咨詢電話后，幾番溝通，相關(guān)人員即趕往 NN 公司，共同探討產(chǎn)品技術(shù)方案。考慮到客戶需要控制成本來提高產(chǎn)品性價(jià)比，因此推薦了基于德州儀器 AM335x 處理器的核心板，該單芯片方案可以通過 GPMC 總線接入多路并口 AD。與另一家公司提供的通過 FPGA 進(jìn)行采集的方案相比，可節(jié)省至少 30% 的成本。

AM335x 處理器，是德州儀器于 2011 年推出的，采用了 ARM Cortex-A8 內(nèi)核，該處理器成功幫助工業(yè)市場從 ARM 9 過渡到了 Cortex-A 架構(gòu)，在保留低功耗的同時(shí)，增強(qiáng)了處理性能、連接性、接口等特性，并集成雙口千兆以太網(wǎng)，以及獨(dú)有的 GPMC 接口。如此前瞻性的設(shè)計(jì)，不僅在當(dāng)時(shí)遙遙領(lǐng)先，使其時(shí)至今日依然活躍在工業(yè)網(wǎng)關(guān)及 HMI 等場景中。正因?yàn)槿绱?，Sitara 在工業(yè)領(lǐng)域迅速導(dǎo)入，積累了大量案例，其可靠性已經(jīng)得到了行業(yè)驗(yàn)證。

就在 NN 公司的技術(shù)人員仔細(xì)審視德州儀器 AM335x 方案時(shí)，創(chuàng)龍科技接通了德州儀器的 FAE，三方就 AM335x 的部分參數(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行討論。這個(gè)方案與 NN 公司的需求是如此匹配，而且德州儀器基于 Arm 的處理器產(chǎn)品系列涵蓋高中低端，產(chǎn)品 roadmap 也符合公司未來升級的規(guī)劃，兼容性很強(qiáng)。所以 NN 公司當(dāng)場就決定使用德州儀器 AM335x 處理器，并在接下來的 7 天內(nèi)迅速進(jìn)行了項(xiàng)目立項(xiàng)與啟動(dòng)。

當(dāng)然，背后的考慮因素還有很多，最重要的是這家公司擁有遠(yuǎn)大的雄心，需要注重更長期的合作關(guān)系，更穩(wěn)定的供貨保證以及更多的技術(shù)支持服務(wù)，在這三方面，德州儀器都可以完美與之匹配。包括，德州儀器擁有著數(shù)十年的處理器和工業(yè)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，擁有自主的晶圓廠和封測廠，在嵌入式軟件和開發(fā)參考方面擁有多年的積累與支持。

利用德州儀器信號鏈方案全方位優(yōu)化網(wǎng)關(guān)性能

由于 Sitara 在網(wǎng)關(guān)及工業(yè)市場上多年的廣泛應(yīng)用，因此具備豐富的參考設(shè)計(jì)庫，而創(chuàng)龍科技也擁有大量的 SOM/GPMC 的成熟方案和豐富的產(chǎn)品開發(fā)案例，此外，德州儀器在整個(gè)信號鏈上的積累，也方便用戶進(jìn)行一站式選擇，因此創(chuàng)龍為 NN 公司的采樣方案推薦了德州儀器的 ADS8568?；趧?chuàng)龍科技提供的成熟核心板和參考設(shè)計(jì)，NN 公司在 10 天內(nèi)即完成了項(xiàng)目底板硬件原理圖。隨后創(chuàng)龍科技和德州儀器的 FAE 攜手在一天內(nèi)就協(xié)助其完成了原理圖的審核。最終，NN 公司僅用了兩個(gè)月就順利完成了樣機(jī)的設(shè)計(jì)，而按照常規(guī)如果從零開始自行設(shè)計(jì)的話，至少需要半年。

由于工業(yè)對系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性的苛刻要求，在系統(tǒng)驗(yàn)證階段，創(chuàng)龍科技幫助 NN 公司同時(shí)驗(yàn)證了包括 Linux、Linux-RT、RTOS 等操作系統(tǒng)，并在不同系統(tǒng)階段進(jìn)行上電掉電 1 萬次，最大程度上確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，亦對產(chǎn)品進(jìn)行多次高低溫試驗(yàn)（-40℃~+85℃）、高溫老化試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)等，確保產(chǎn)品勝任工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場要求。另外，由于工業(yè)客戶都需要長期的供貨保證，因此也需要全生命周期的產(chǎn)品維護(hù)。

過硬的產(chǎn)品讓 NN 公司迅速成為行業(yè)的頭部企業(yè)，德州儀器和創(chuàng)龍科技在這個(gè)過程中一直為其提供各種軟硬件及服務(wù)。

AM62x 處理器系列升級網(wǎng)關(guān)功能

2022 年，隨著能源風(fēng)口的到來，儲(chǔ)能市場也掀起了新一輪升級，其中最重要的體現(xiàn)就是裝機(jī)容量快速提升，也就意味著網(wǎng)關(guān)要管理更多的儲(chǔ)能單元。NN 公司為了在市場上持續(xù)保持領(lǐng)先，需要推出更高性能的產(chǎn)品，對處理器的具體需求如下：2 個(gè)千兆網(wǎng)口、8 個(gè)串口和 3 路 CAN，需具備較強(qiáng)的計(jì)算能力和實(shí)時(shí)性，要求主頻不低于 1.2GHz，內(nèi)核數(shù)量不少于兩個(gè)等等。

而此時(shí)德州儀器推出的 Sitara AM62x 系列 MPU 恰好符合上述要求，相較上代產(chǎn)品有多項(xiàng)升級。AM62x 處理器內(nèi)核從 32 位升級成 64 位，內(nèi)核架構(gòu)由 Cortex-A8 升級至 Cortex-A53，內(nèi)核數(shù)量及主頻也都有所升級。除此之外，在內(nèi)存、顯示、安全、外設(shè)接口以及連接等方面均有大幅提升。這些功能的改進(jìn)，也可以極大提高網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的吞吐及處理性能，從而滿足 NN 公司應(yīng)對多路電池儲(chǔ)能單元網(wǎng)關(guān)的要求。

由于 NN 公司之前在 AM335x 上的成功商用，使其非常信任德州儀器的產(chǎn)品。而且德州儀器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的延續(xù)性，軟件框架基本不變，升級換代的代價(jià)極低，對于 NN 公司來說可以將前幾年積累的技術(shù)應(yīng)用平移，在此基礎(chǔ)上再增加新應(yīng)用，以極低的成本切換，從而實(shí)現(xiàn)順滑升級。與此同時(shí)，創(chuàng)龍科技和德州儀器長期以來保持的密切合作關(guān)系，也使其在 AM62x 問世之初就推出了配套的核心板以方便用戶。以往很多工業(yè)級客戶在選購產(chǎn)品時(shí)，往往不愿意第一個(gè)吃螃蟹，都希望產(chǎn)品經(jīng)過廣泛驗(yàn)證之后再做考慮，避免踩坑。而德州儀器的芯片加上創(chuàng)龍科技的服務(wù)，卻使 NN 公司愿意第一時(shí)間采納 Sitara 最新的方案。

展望工業(yè)的未來

從自動(dòng)化流水線到傳感器檢測網(wǎng)絡(luò)，從智能交通到電網(wǎng)傳輸，網(wǎng)關(guān)幾乎覆蓋了所有的工業(yè)應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)出一款滿足場景應(yīng)用的網(wǎng)關(guān)，是工業(yè)系統(tǒng)可以穩(wěn)定連接的基礎(chǔ)保證。對于廣大的工業(yè)市場而言，IT 與 OT 的融合還在繼續(xù)，因此網(wǎng)關(guān)技術(shù)的發(fā)展還會(huì)持續(xù)向好。至于 NN 公司，未來儲(chǔ)能市場還將繼續(xù)發(fā)展，也就意味著必須持續(xù)開發(fā)出更加合適行業(yè)應(yīng)用的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。

在工業(yè)市場向智能化，物聯(lián)化的方向演進(jìn)過程中，網(wǎng)關(guān)的升級至關(guān)重要，其中對于處理器也有了新的要求，在滿足安全性、魯棒性和實(shí)時(shí)性的基本要求下，還需要更高處理性能、更快的開發(fā)周期以及更好的用戶體驗(yàn)。為此，德州儀器將不斷推出更高性能且更具性價(jià)比的處理器，同時(shí)還將不遺余力的在技術(shù)開發(fā)和銷售等方面為客戶進(jìn)行全方位的支撐。

在工業(yè)化的浪潮下，無論是德州儀器還是創(chuàng)龍科技以及他們成千上萬的工業(yè)客戶，都有著雄心勃勃的計(jì)劃，這些計(jì)劃的背后，正是他們一直在默默追求的先進(jìn)技術(shù)。

審核編輯：湯梓紅