在Automate演進中讀懂工業(yè)4.0

作為萊迪思(Lattice)半導體面向智能工業(yè)系統(tǒng)推出的解決方案集合，Lattice Automate解決方案集合由模塊化硬件平臺、IP內(nèi)核、易于使用的軟件設計工具、參考設計和演示、以及定制設計服務構成，核心目標是為工業(yè)自動化系統(tǒng)的設計人員提供評估、開發(fā)和部署基于FPGA的可編程工業(yè)自動化應用所需的各種工具，加速工廠自動化進程。

在最新的Automate V3.0版本中，支持OPC-UA(開放平臺通信統(tǒng)一架構)和TSN(時間敏感網(wǎng)絡)成為了最大看點。顯而易見，這一舉措背后的巨大推動力來自工業(yè)4.0。 

“工業(yè)4.0”是針對傳統(tǒng)制造和工業(yè)實踐大規(guī)模自動化、智能技術、廣泛的機器對機器通信(M2M)，以及機器學習(ML)帶來的重大變革力量。與使用數(shù)字信息做出更好決策的“工業(yè)3.0”相比，“工業(yè)4.0”時代能夠使用相同甚至更多的信息來優(yōu)化事物，基本上無需人工干預。

作為一種機器對機器的通信協(xié)議，OPC-UA是一種獨立于平臺、面向服務的架構，它將OPC規(guī)范集成到框架中，可以簡化互連，從而優(yōu)化集成，自動化系統(tǒng)和軟件應用，同時保障安全性。借助OPC-UA，用戶可以輕松連接云端或網(wǎng)絡邊緣的遠程設備，實現(xiàn)診斷、監(jiān)控、報告和其他服務。

此外，結合TSN出色的實時功能，OPC-UA成為不斷發(fā)展的制造行業(yè)的關鍵解決方案。具體來說，在傳感器和執(zhí)行器層面將OPC-UA與TSN疊加時，就能實現(xiàn)持續(xù)的數(shù)據(jù)流監(jiān)控，而無需分散操作或降低安全性。

雖然OPC-UA通常僅在某些設備支持使用，并且只能共享一小部分可用數(shù)據(jù)，但目前的一個趨勢是為OPC-UA over TSN創(chuàng)建開源堆棧，尤其是Amazon的FreeRTOS，從而簡化和加速高效、智能和安全的現(xiàn)場設備的開發(fā)。

相比其他類型的處理器，F(xiàn)PGA是一種可以通過編程來執(zhí)行幾乎任何類型計算功能的半導體芯片，這與制造業(yè)的特性不謀而合。眾所周知，制造業(yè)中的工業(yè)設備壽命通常為幾十年，面對不斷變化的新標準和技術需求，簡單更換設備產(chǎn)品的做法是不切實際的，必須要讓現(xiàn)有機器具備靈活的更新與升級能力。此外，考慮到產(chǎn)品要求經(jīng)常發(fā)生變化，以及工業(yè)4.0帶來的海量數(shù)據(jù)需求增長，F(xiàn)PGA能夠以一致、時間敏感的方式處理數(shù)據(jù)或執(zhí)行某些功能的特性，將幫助設備制造商獲得額外優(yōu)勢。

為此，Automate V3.0在此前支持Certus-NX馬達控制開發(fā)板和基于MachXO3D的硬件安全開發(fā)板的基礎上，新增了支持FreeRTOS的CertusPro-NX FPGA控制開發(fā)板。與競品相比，CertusPro-NX最大的特點在于它專為網(wǎng)絡邊緣處理進行了優(yōu)化，不僅擁有行業(yè)領先的能耗效率和可靠性，還在超小的封裝尺寸中提供了行業(yè)最佳的系統(tǒng)帶寬，且是同類產(chǎn)品中唯一支持LPDDR4外部存儲器的FPGA產(chǎn)品。

得益于此，Automate 3.0支持的主系統(tǒng)性能得到了大幅提升，運行頻率達到了100MHz，對Propel總線基礎設施的支持也升級到了AXI4，并同時消除了OPC-UA Pub/Sub對Raspberry Pi的需求，現(xiàn)在該協(xié)議可以直接在CertusPro NX上運行。

盡管FPGA性能強大、靈活且功能全面，但對于軟件開發(fā)人員來說，由于其獨特的架構，許多標準開發(fā)環(huán)境和編程工具并不適用于FPGA，編寫FPGA上運行的應用可能比較困難。為了解決這個問題，使用針對FPGA進行優(yōu)化的軟件工具至關重要。

因此，Automate V3.0還更新了IP庫，新增RISC-V? freeRTOS(實時操作系統(tǒng))、UPD硬件加速和PCIe?DMA支持，并拓展了設計工具和參考設計，包括freeRTOS軟件集合、單線聚合、云通信和freeRTOS OPC-UA，幫助工業(yè)自動化系統(tǒng)設計人員評估、開發(fā)和部署最佳應用。

實際上值得注意的是，萊迪思Automate解決方案集合并不局限于傳統(tǒng)的工廠應用，它還廣泛適用于各種部署環(huán)境和任務，包括倉庫自動化和智能建筑監(jiān)測、管理和控制，以解決相關應用領域對低功耗、低延遲、精確可預測性、高穩(wěn)定性、接口靈活等關鍵特性的需求。