瑞萨全“芯”驱动，为中国工业发展注入新质生产力

　　作为老牌的嵌入式产品领导者，瑞萨拥有众多的嵌入式MCU/MPU产品阵列组合。针对当前热门应用，可否为我们介绍下，瑞萨的嵌入式产品路线图以及相关的明星产品?

　　瑞萨为客户提供丰富的嵌入式产品，包括MCU和MPU的产品组合。我们有RL78/RX/RA MCU产品家族，RZ MPU产品家族。

　　MCU产品中，瑞萨提供私有内核和ARM内核两种产品系列供客户选择。ARM内核产品主要采用ARM Cortex-M内核。其中于去年年底推出的RA8 MCU，是业界第一款基于ARM V8.1M架构的Cortex-M85内核的MCU产品。它集成的Helium技术提供4倍于Cortex-M7的机器学习性能。集成大容量嵌入式闪存和RAM对于通用、HMI/图形、电机控制等领域有相应匹配的产品提供。

　　简单介绍一下MCU产品阵容中，每个产品系列的侧重点：

　　- RL78：

　　主打低功耗，宽电压，支持超低管脚封装。工作主频20~32MHz

　　- RX：

　　主打高功效，搭载高性能内核，大容量闪存。工作主频32~240MHz

　　- RA：

　　主打高性能，数据加密安全，灵活软件包。工作主频32~480MHz

　　再来介绍一下MPU产品阵容。瑞萨的MPU产品，是片上不带flash的处理芯片。产品阵容可以分为5大类。RZ/T，RZ/N，RZ/G，RZ/V，RZ/A，各自有各自的侧重点：

　　- RZ/T：

　　采用ARM实时内核，Cortex-R是侧重于电机控制+以太网通信的高集成度芯片。单芯片实现实时电机控制和多协议工业以太网通信，充分考虑到客户，尤其是伺服驱动客户的实际应用需求，给客户提供最优解决方案。后续有计划推出支持驱控一体的芯片以及解决方案，最高驱动9轴，通信协议支持也将从从站协议，拓广到对主站协议栈的支持，适用于机器人和PLC领域。

　　- RZ/N：

　　采用ARM实时内核，Cortex-R与RZ/T拉通平台，减少客户重复开发的工作。侧重于工业以太网通信。单芯片支持多协议工业网络通信，适用于远程IO、工业网关、通信卡等应用场景。

　　- RZ/G：

　　多核异构。集成ARM Cortex-A内核，适用于HMI，PLC等应用领域。支持Linux和3D图像。

　　- RZ/V：

　　多核异构。集成Cortex-A内核，以及AI加速器，支持Linux，适用于视觉AI领域。

　　- RZ/A：

　　支持2D图形，支持RTOS。

　　越来越多工业应用开始数字化转型，使用自动化技术进行升级换代。在这个过程中，是否给瑞萨带来了一些机会?

　　随着工业应用的数字化转型，瑞萨在工业自动化领域的产品布局也在更新换代，不断丰富完善，以适配工业自动化应用的各个层级。包括控制层的PLC、运动控制器、工业机器人、协作机器人等。以及现场层的伺服驱动器、变频器、IO、传感器等。

　　对瑞萨在工业自动化中的核心技术做个归类。大致我们为工业自动化转型提供以下核心技术：

　　- 工业网络：

　　提供支持多种主流的工业以太网协议的芯片及解决方案。

　　- 电机驱动：

　　瑞萨的传统强项，继续给客户带来绿色高效高实时性的解决方案。

　　- 传感器：

　　通过数字模拟的完美组合，为传感器市场提供带模拟前端，支持24bit ADC的高精度的解决方案。同时，也提供IO-LINK的从站解决方案，和包含IO-Link主站与各种工业以太网从站转换的网关解决方案。

　　- 功能安全：

　　基于各种嵌入式产品的硬件平台，提供丰富的符合IEC61508 SIL3安全等级的功能安全解决方案。

　　瑞萨与客户持续沟通合作，深入探索市场趋势和新需求，致力于不断开发新产品和新方案。

　　数字化工业中，通信网络与功能安全变得十分重要，针对这两个方面，瑞萨是如何部署相关产品的?

　　近几年，我们确实看到工业市场的飞速发展，其中，对工业以太网通信及功能安全的需求也越来越多，越来越迫切。刚才也提到，瑞萨在这两方面有非常多年的经验积累。顺应中国市场的需求，我们也把这些方案，以及我们多年来积累的经验，带给国内客户，助力中国工业自动化市场的发展。

　　- 通信网络：

　　瑞萨对工业以太网芯片的支持已有十多年历史。对近几年日益增长的市场需求，可谓做好了充分的准备。我们的方案包括单协议方案，以及多协议方案。其中，每种协议的实现方式虽各有不同，有些会采用集成硬件IP，有些则会采用软件协议栈的移植。但是，对多种协议的支持，我们采用同样的硬件来实现，客户无需针对不同协议，选取不同的芯片型号，大大降低了开发的繁复性，为客户统一平台助力。所支持的协议涵盖了市场上的主流协议，包括Profinet(RTIRT)，EtherCAT，Ethernet/IP，Modbus TCP这些工业以太网协议，以及一些总线协议，如Profibus、Powerlink、Devicenet等。

　　在新的产品平台上，我们还将支持TSN标准，以及OPC-UA，支持模式上也比较灵活，客户可以选择采用瑞萨提供的免费版本，或者由我们第三方合作伙伴提供的商用版本。各种协议的兼容性产品已经得到市场的充分验证，满足工业市场对可靠性，稳定性的强烈要求。

　　- 功能安全：

　　瑞萨在功能安全解决方案上也经验丰富。从汽车电子的功能安全，到工业自动化领域的功能安全。瑞萨提供完整的解决方案。瑞萨的功能安全解决方案，是基于双MCU/MPU架构的方案，HFT=1，符合IEC61508 SIL3安全等级。瑞萨的这套方案，可实施于不同的嵌入式硬件平台上，比如RX MCU，RZ MPU软件交付方面，除了用于诊断MCU内部的CPU、ROM、RAM永久故障的自检测软件，还提供适用于双MCU系统，具有MCU诊断功能、调度程序和分区功能的SIL3系统软件套件。

　　随着工业自动化发展，机器都要通过工业以太网进行连接，包括在传感器、PLC、驱动器之间。由于每个系统都要通过网络进行控制和监控，因此系统安全和网络协议本身都必须具有安全控制。瑞萨也提供了各种工业以太网的功能安全软件库，包括EtherCAT的FSoE，Profinet的Profisafe以及Ethernet/IP的CIP。整套功能安全软件的完整程度，在业内目前也是罕有的。这也依托于瑞萨对工业以太网的丰富经验与积累。除了软件方案，我们也同步提供可硬件评估板，认证机构要求提交的示例文档、指导书、准备指南，以及符合IEC61508认证的安全编译器。软件部分的评估版本在与瑞萨签署授权协议后即可免费获得，量产版本授权则需要购买。

　　在工业以及楼宇自动化、智能家居等应用中，对电机的实时控制要求越来越高，早在很多年前，瑞萨就推出了专为电机控制设计的MCU。现在，瑞萨有哪些新的、先进的电机控制解决方案?

　　瑞萨基于丰富的MCU产品线，为客户带来多种电机控制解决方案。以下是一些最新的方案的分享：

　　- 基于RX26T的新一代变频空调方案

　　包括压缩机驱动、直流风机FOC驱动、高频PFC、温度采集、系统控制等功能。

　　- 冰箱压缩机变频驱动方案

　　- 变频洗衣机驱动方案

　　- 三相感应电机驱动解决方案

　　瑞萨的三相感应电机驱动解决方案，采用RX13T或RX66T MCU和先进变频控制算法，简单易用。

　　- 大功率全速范围FOC电机方案

　　- 位置控制解决方案

　　在机器人等应用场合，对于位置传感器的需求在日益增长。瑞萨支持多种类型的位置传感器电机控制应用笔记和方案。

　　- 磁编码器电机控制方案

　　- 旋转变压器高精度位置控制解决方案

　　- 电磁感应传感器解决方案

　　- RA6T2 48V-1KW逆变器解决方案

　　该方案采用单极性SPWM控制方法，PID闭环算法实现了48V DC到220V AC的1KW逆变，整机效率大于95%，主要目标市场有不间断电源，家庭储能/便携式储能。

　　- 双向数字电源解决方案

　　瑞萨为客户提供各种相对应的评估板，解决方案套件，电机控制软件及应用手册，电机控制开发工具，网页版仿真工具，使客户能快速熟悉我们的产品，缩短自有产品开发及投放市场的时间。

　　与前面说的工业等传统的行业不同，AI应用最近几年才开始火爆起来，对于嵌入式产品来说，是否可以在AI中发挥一部分的作用?

　　确实是这样。AI应用是近几年来市场的一个热点。对嵌入式产品来说，瑞萨为客户提供从云端到终端的综合解决方案。瑞萨AI部署可分为两类。

　　- 实时分析：

　　提供Reality AI工具及解决方案。Reality AI是一个基于瑞萨MCU/MPU的工业物联网边缘AI平台。它通过进行机器学习模型开发，进行可解释性+硬件分析，为客户提供解决方案+参考设计。在边缘节点上融合了先进信号处理和机器学习。广泛用于新能源、家电以及工业物联网应用。

　　Reality AI使用强大的云计算能力生成用于嵌入式传感器的机器学习代码。整个流程也非常简洁。从客户应用现场能采集到的数据，包括震动/音频信号，电信号，射频/雷达信号等，导入到我们的RAI工具软件中，在云端进行自动机器学习及数据分析，生成多种模型。根据生成的模型，我们的工程师会同客户一起选择最适合的模型，最佳的传感器，并选取最低规格符合的硬件平台。最后把所选取的最佳模型部署到我们的嵌入式系统中。

　　- 机器视觉：

　　依托专用AI加速硬件(DRP-AI，Helium矢量加速器)，提供e-AI模型转换工具。搭载于瑞萨RZ/V2系列MPU，为客户提供一个MPU平台可以覆盖AI性能要求。通过搭载瑞萨自有的DRP-AI，一种低功耗AI硬件加速引擎，完成端到端AI推断，无需CPU介入处理。

　　在AI应用中，瑞萨又是如何部署的?有没有相关的产品或案例可以分享一下。

　　以刚刚提到的电机领域为例，我们提供的一些解决方案分享。

　　- REALITY CHECK MOTOR嵌入式AI电机预测性维护方案：

　　这是一个实际应用RAI技术的例子。预测性维护的概念已经存在很长一段时间了。构建整体解决方案是长期以来的挑战——选择正确的传感器，收集适当的数据，并选择最有效的模型成为关键。RAI AutoML工作流帮助用户在从传感器选择、放置，甚至完全消除传感器，到数据收集的每一步自动构建最有效的模型，以解决客户手中的问题。如果客户没有很好的数据集，这里有一个完整的硬件-软件框架专门用于数据收集。

　　该工具具有自动特征发现功能，这是理解正确使用建模技术的关键步骤。该工具还推荐正确的位置放置传感器，这可以带来显著的系统成本优化。在这个特定的例子中，AI仅仅使用电子和电机信号信息，没有任何传感器辅助条件下，可以预测一个不平衡负载状况。该解决方案在广泛的频率和速度范围内运行，并且速度非常快，约3.5ms的推理时间，仅占用20KB的Flash和仅9KB的RAM，在M33 core上留下了足够的空间来完成核心电机控制功能和其他任务。

　　- 暖通设备：HVAC风机状态监控

　　基于初始数据集，完成了对鼓风机故障的PoC检测。

　　• 使用多个加速度计、温度和湿度传感器，协助客户收集压缩机单元的数据。

　　• 使用Reality AI工具，实现BoM优化(BoM Optimization)确定了最具成本效益的传感器配置。

　　• 轻量级模型(15KB RAM，2KB Flash)，能够在Renesas电机控制平台上运行。