芯耀
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隨著工業(yè)4.0逐漸上升為德國的國家戰(zhàn)略，德國作為工業(yè)4.0的發(fā)起國也欲在全球推行此標(biāo)準(zhǔn)，真正掀起第四次工業(yè)革命的大潮。而比我們預(yù)想的發(fā)展更快的是，國務(wù)院于今年5月8日公布了《中國制造2025》行動綱領(lǐng)，明確了中國加快推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，在社會各個行業(yè)掀起了熱烈討論。
為順應(yīng)這一全球趨勢，2015英飛凌XMC微控制器巡回研討會在7月拉開了帷幕，系統(tǒng)的為中國工程師描繪工業(yè)4.0的藍(lán)圖，以及在工業(yè)4.0愿景下德國自動化行業(yè)的發(fā)展，并分享了英飛凌XMC微控制器解決方案在智能家電、低速電動車及數(shù)字電源等領(lǐng)域的應(yīng)用。
工業(yè)4.0大戲開幕，半導(dǎo)體技術(shù)扮演主角
英飛凌科技股份公司工業(yè)和多元化電子市場業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級總監(jiān)Maurizio Skerlj表示，在工業(yè)4.0大環(huán)境下，連接和通訊、信息安全性和系統(tǒng)安全是工業(yè)自動化的關(guān)鍵要素，而英飛凌作為德國工業(yè)4.0發(fā)起者中唯一的半導(dǎo)體企業(yè)，將始終致力于為工業(yè)4.0提供業(yè)界領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案。
英飛凌科技股份公司工業(yè)和多元化電子市場業(yè)務(wù)部微控制器業(yè)務(wù)高級總監(jiān)Maurizio Skerlj
我們每個人都能親身感受到現(xiàn)實世界和數(shù)字世界的交匯正在改變著我們的生活、工作以及生產(chǎn)方式。而英飛凌認(rèn)為，半導(dǎo)體技術(shù)則是現(xiàn)實世界和數(shù)字世界之間的重要紐帶，是確保信息技術(shù)安全的不可或缺的要素。
Maurizio Skerlj解釋說，為了實現(xiàn)工業(yè)4.0，需要攻克以下四個挑戰(zhàn)：
第一，更多智能化的聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，而這種節(jié)點(diǎn)都由微控制器提供。
第二，提升在系統(tǒng)層面的理解，而并非產(chǎn)品層面。
第三，數(shù)據(jù)安全性。它指的是系統(tǒng)能夠識別用戶的身份，對IP算法等關(guān)鍵信息提供保護(hù)。
第四，功能的安全性。Safety和Security在中文中都翻譯為安全，但Maurizio Skerlj通過舉例說明了兩者的區(qū)別：
比如，電梯既需要security，也需要safety。具備security的電梯只允許經(jīng)過授權(quán)的人能夠到達(dá)指定的樓層；具備safety的電梯則能夠保證電梯長期正常工作，一旦不能正常工作，電梯將不允許人員進(jìn)入電梯，以免發(fā)生從電梯墜落的事故。不具備security的電梯會使未經(jīng)授權(quán)的人員也到達(dá)指定樓層，而不具備safety的電梯則會不正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可能發(fā)生墜落等事故，對人身安全造成傷害。
所以，Security和Safety對于工業(yè)制造來說是非常重要的兩個方面。
英飛凌之于工業(yè)4.0：致力成為中國本地公民
那么，英飛凌作為半導(dǎo)體廠商，在全球以及中國的工業(yè)4.0體系中分別起到怎樣的作用？
Maurizio Skerlj強(qiáng)調(diào)說，致力于成為中國本地公民的英飛凌，一直都積極關(guān)注中國政府的政策和規(guī)劃。而英飛凌在工業(yè)4.0體系中扮演著多重角色：第一，英飛凌是工業(yè)4.0的踐行者，其自有工廠是世界上最尖端的晶圓制造自動化工廠；第二，面向工業(yè)4.0，英飛凌也能夠提供領(lǐng)先的半導(dǎo)體產(chǎn)品和解決方案。
Maurizio Skerlj還分享了英飛凌在德國工業(yè)4.0的發(fā)展?fàn)顩r：在2014年10月舉辦的德國IT峰會上，英飛凌與德國電信共同推出了一款用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的安全解決方案。當(dāng)時，德國總理默克爾到訪英飛凌的展臺，英飛凌首席執(zhí)行官Reinhard Ploss博士向她演示了工業(yè)4.0的智能生產(chǎn)。通過平板電腦進(jìn)行下單，到智能地生產(chǎn)、運(yùn)輸和最終交貨。英飛凌的安全產(chǎn)品對其中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行身份認(rèn)證，包括下單的人和用于下單的平板電腦，以保障整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)和信息安全。
同時，英飛凌作為德國最大的半導(dǎo)體企業(yè)，自有芯片工廠正在實施工業(yè)4.0計劃。比如其在德國德累斯頓的300毫米和200毫米晶圓工廠是世界上最為先進(jìn)的自動化晶圓廠，先進(jìn)的流程控制保障了領(lǐng)先的質(zhì)量和無紙自動化工廠運(yùn)營，實現(xiàn)了所有零部件全程可追溯以及高效的工廠間物流。其中的200毫米德累斯頓工廠已100%實現(xiàn)自動化，完全依靠機(jī)器人操作。同時英飛凌也在奧地利菲拉赫工廠進(jìn)行工業(yè)4.0的改造，增加物料自動識別系統(tǒng)等。
現(xiàn)在，英飛凌已經(jīng)充分認(rèn)識到工業(yè)4.0所帶來的零缺陷、高效率的價值，目前正在把獲得的先進(jìn)經(jīng)驗帶給其他國家包括中國無錫的工廠，并把水平價值鏈的安全集成和單個制造下高效率作為方向。
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XMC4800微控制器，重頭戲中的大明星
今年4月，英飛凌推出了集成片上EtherCAT（用于控制和自動化技術(shù)的以太網(wǎng)）節(jié)點(diǎn)的全新XMC4800系列32位微控制器。旨在通過具備出色實時能力的XMC4800系列器件，推動聯(lián)網(wǎng)工業(yè)自動化與工業(yè)4.0應(yīng)用的發(fā)展。
Maurizio Skerlj介紹說，集成了EtherCAT節(jié)點(diǎn)的XMC4800系列，使用戶不再需要專門的EtherCAT ASIC、外部存儲器和時鐘晶體，可設(shè)計出攜帶EtherCAT連接能力的緊湊系統(tǒng)。
XMC4800微控制器系列
Maurizio Skerlj進(jìn)一步解釋說，EtherCAT和傳統(tǒng)以太網(wǎng)的最大區(qū)別在于實時性：EtherCAT的每個節(jié)點(diǎn)都有兩個端口，即進(jìn)口和出口。這很像我們生活中的火車：連接的部分是軌道，每個節(jié)點(diǎn)就像一個車站，而數(shù)據(jù)就是火車中的乘客。不同的是，乘客在每一站都可以順利地上下車，但火車卻不用停車。也就是說，EtherCAT是沒有延遲的，這對需要實時控制的電機(jī)來說非常重要。
EtherCAT技術(shù)自2003年推出以來，發(fā)展形成了兩種主要的實現(xiàn)方式，即1顆MCU加1個外部ASIC，或是1顆MCU加1顆FPGA。然而這些都需要外掛的閃存或EEPROM，以及EtherCAT PHY所需的25MHz的時鐘。
針對這一問題，XMC4800卻可支持最緊湊的設(shè)計——無需專門的EtherCAT ASIC、外部存儲器和PHY時鐘晶體，而是將它們?nèi)考稍诹藘?nèi)部.
據(jù)了解，EtherCAT于2003年推出，并于2007年成為國際標(biāo)準(zhǔn)和SEMI標(biāo)準(zhǔn)，是速度最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，代表著高性能、低成本、易于使用的靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。EtherCAT技術(shù)協(xié)會推動EtherCAT的發(fā)展，并負(fù)責(zé)持續(xù)開發(fā)工作。目前，EtherCAT技術(shù)協(xié)會（ETG）擁有來自58個國家的3100多名成員，現(xiàn)已成為全球最大的現(xiàn)場總線行業(yè)協(xié)會。
作為XMC4000家族的一員，XMC4800系列產(chǎn)品的內(nèi)核采用ARM Cortex-M4處理器，專為用于工業(yè)和建筑自動化以及電氣傳動和太陽能逆變器而開發(fā)。同時，所有的XMC4800微控制器都將通過AEC Q100認(rèn)證，因此同樣適用于商業(yè)、建筑和農(nóng)用車輛。
在開發(fā)過程中，XMC4800系列能夠讓用戶無縫升級采用EtherCAT技術(shù)，與現(xiàn)有的XMC4000微控制器引腳和代碼兼容，并支持在環(huán)境溫度高達(dá)125°C的惡劣條件下使用EtherCAT。
據(jù)悉，搭載EtherCAT技術(shù)的XMC4800系列的樣品將于2015年8月供貨，2016年第一季度開始批量生產(chǎn)。
此外，英飛凌在本次巡展活動中，還針對電機(jī)、電源控制、家電控制、工業(yè)I/O模塊以及小型通用機(jī)械等應(yīng)用，發(fā)布了最新XMC1400系列微控制器。作為XMC1000家族的新成員，XMC1400含有通用型/增強(qiáng)型電機(jī)控制/CAN通信等3個子系列產(chǎn)品。在原有的XMC1000系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上，新產(chǎn)品將CPU主頻提升至48MHz，結(jié)合工作于96MHz的協(xié)處理器單元MATH，可提供更強(qiáng)的運(yùn)算能力。同時，其擁有更多的通信接口及管腳封裝，集成了MultiCAN模塊，并支持CAN 2.0B，可滿足工業(yè)應(yīng)用中對CAN通訊的需求。XMC1400還提供更多針對電機(jī)及電源應(yīng)用相關(guān)外設(shè)單元，可以支持雙電機(jī)控制及復(fù)雜的電源控制。
在開發(fā)環(huán)境方面，XMC系列微控制器既可以由英飛凌的免費(fèi)集成開發(fā)環(huán)境Dave來支持，亦可由第三方工具合作商支持。
以下方案來自2015英飛凌XMC微控制器巡回研討會期間的現(xiàn)場展示。
基于XMC1100的電腦上下控溫型電烤箱
基于XMC1200的無線雙模控制吸頂燈
在線技術(shù)社區(qū)，圈住合作伙伴的商機(jī)
英飛凌微控制器在線技術(shù)社區(qū)是此次巡回研討會上的又一亮點(diǎn)。技術(shù)社區(qū)不僅向用戶提供了資料下載、論壇討論、樣品申請、線上活動和小批量購買等功能，更致力于在用戶和方案商之間架起溝通的橋梁。
借助這一平臺，英飛凌哈工大聯(lián)合實驗室開發(fā)的低速電動車驅(qū)動套件帶有交流異步電機(jī)FOC控制算法，用戶可以方便地修改參數(shù)實現(xiàn)自定義功能，其硬件設(shè)計也相當(dāng)引人注目。這組套件是自雙方聯(lián)合推出伺服控制套件后的又一次成功合作。
英飛凌哈工大聯(lián)合實驗室開發(fā)的基于XMC4200的2.2KW低速電動車評估套件
基于XMC1300的無感FOC風(fēng)機(jī)控制方案
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基于XMC1300的300W直流無刷手持電鉆
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