开启工业4.0：集成EtherCAT和莱迪思FPGA实现高级自动化

随着工业领域向实现工业4.0的目标不断迈进，市场对具备弹性连接、低功耗、高性能和强大安全性的系统需求与日俱增。

然而，实施数字化转型并非总是一帆风顺。企业必须在现有环境中集成这些先进系统，同时应对软件孤岛、互联网时代前的老旧设备以及根深蒂固的工作流程等挑战。它们需要能够在这些限制条件下有针对性地应用高性能软硬件的解决方案。

莱迪思安全连接运动控制平台框图

了解EtherCAT

EtherCAT（以太网控制自动化技术）是一种基于以太网的现场总线协议，旨在支持自动化技术中的硬实时和软实时需求。该协议能够在工业应用中实现控制器与传感器、电机等现场设备之间的无缝通信，具备高数据速率和低循环时间的特点。它通过一种主从式处理架构实现这一目标：控制器设备向各个节点发送标准化以太网帧，各节点仅处理并回传控制器专门分配给它们的数据。

EtherCAT支持一种“在线处理”机制，数据可在处理的同时传递至下一节点，而非按顺序逐个处理。这一特性提升了效率，并降低了各组件所需的处理能力——确保每个组件仅针对其负责的数据消耗必要的算力。总体而言，与其他工业以太网协议相比，EtherCAT运行速度更快、延迟更低且抖动更小，使其成为现代分布式工业生态系统的核心组成部分。

莱迪思FPGA在工业应用中的角色

莱迪思FPGA为企业提供满足当今工业规范与标准所需的可靠硬件，兼具固有的适应性和可扩展性。这使开发人员能够对系统进行编程（甚至重新编程），以适应任何计算需求，即使在部署后亦然。与ASIC、MPU、MCU、ASSP等其他器件不同，FPGA还支持并行处理，允许操作同步执行而非顺序执行。

莱迪思FPGA具备低功耗、小尺寸、低延迟和高I/O容量等特性，可助力构建高效的互连工业系统。它们可直接与传感器对接，支持实时工业网络、电机与运动控制、机器视觉、传感器融合、确定性感知与控制等应用场景，这些均为现代工业运营的关键功能。

莱迪思FPGA集成EtherCAT

莱迪思安全互连运动控制平台将这两项技术的优势完美结合，为工业企业提供高性能、低功耗、低延迟且安全的连接能力。

该平台利用MII/RMII MAC接口及其灵活性，可集成至现有工业网络中，同时搭配用于闭环马达控制的莱迪思CertusPro™-NX FPGA，以及作为硬件可信根（HRoT）安全基础的莱迪思 MachXO3D™ FPGA。此外，它还借助亚德诺半导体的工业以太网连接集成电路（IC），实现系统的无缝互连和集中式网络控制。

该平台针对伺服马达、无刷直流（BLDC）马达、步进马达等多种马达，确保高效、精准且安全的马达控制。

加速安全互连平台开发

开发人员可将莱迪思黄金系统参考设计（GSRD）作为指南，借助莱迪思器件和EtherCAT构建安全互连平台。GSRD与黄金硬件参考设计（GHRD）配合，为使用基于FPGA的RISC-V软核CPU的系统提供经过全面测试的参考方案。基于这一基准，开发人员可快速构建支持EtherCAT协议的FPGA硬件系统。

EtherCAT与莱迪思FPGA所具备的灵活性和高效性，帮助企业紧跟不断演进的工业应用场景，包括：

●   运动控制与机器人技术：工业机械正日益自动化，需要连接能力与实时控制协调能力，以支持自主机器人及其他尖端生产工具。

●   半导体制造：随着AI和机器学习ML模型对半导体及其他芯片的需求持续增长，其生产需要在速度、成本效益和可靠性方面进行优化。鉴于这些器件的复杂性，其制造过程需要高精度和同步性，而EtherCAT协议可满足这两方面需求。

●   测试与测量：随着企业将越来越多的互联硬件集成到工业生态系统中，它们需要能够聚合和分析来自传感器、执行器及其他分布式组件的实时数据。这些数据有助于团队有效监控、控制和调整运营。

EtherCAT与莱迪思FPGA驱动工业自动化未来

在当今市场格局下，工业企业需将安全、高效且灵活的连接能力作为优先事项。通过将EtherCAT的实时通信能力与莱迪思FPGA的自适应低功耗架构相结合，团队能够持续开发创新解决方案并推进运营数字化。这种协同效应不仅提升了运营效率，还确保系统具备可扩展性和适应性，随时准备应对新技术进步和行业需求。