挥军自动化 嵌入式处理器厂激战SoC设计

工业自动化(Industrial Automation)发展迅速增温，已成为嵌入式处理器业者的新战场。由于工业自动化牵涉大规模的控制器换新需求，加上须导入高可靠度、高安全性工业乙太网路(Ethernet)，以及多轴、高精准度马达控制方案，才能实现机械自动化作业情境;因此，系统开发商对处理器功能整合度、尺寸和通讯协定支援能力的要求已提高好几个档次，吸引现场可编程闸阵列(FPGA)、处理器和微控制器(MCU)业者竞相开发新一代工控系统单晶片(SoC)，卡位新商机。

Maxim Integrated工业应用市场专家Suhel Dhanani认为，对工业自动化系统来说，效能、尺寸和安全性的考量缺一不可。

Maxim Integrated工业应用市场专家Suhel Dhanani表示，第四次工业革命，或称工业4.0(Industrial 4.0)，目的系透过分散式区域控制、环境感测与网路连接功能，建造一个完全自动化且灵活的生产线，让以人工为主的传统工厂变身为高效率管理和机械作业的智慧工厂。此一趋势将驱动不同类型的工控系统研发需求，包括微型可编程逻辑控制器(PLC)、马达控制，以及支援各种先进感测介面、工业乙太网路通讯协定的输入/输出(I/O)设备。

此外，基于工厂环境与商业考量，工业4.0的发展亦须奠基于嵌入式硬体安全(Embedded Hardware-based Security)方案，以确保PLC、I/O模组或现场感测器等终端装置从任何地方登入网路时，具备完善的资料保护机制，避免骇客恶意攻击而造成工厂重大营运损失。

Dhanani强调，由于工业自动化设备须满足上述设计要求，因此内建处理器须改搭功能整合度更高的SoC，从而增强即时控制、联网、感测、资料频宽和安全防护能力，同时降低运行功耗与晶片占位空间;也因此，近期嵌入式处理器供应商皆积极扩展工业级SoC产品阵容，以拉拢系统业者。

以Maxim为例，其透过整合类比混合讯号前端(Analog Mixed-signal Front-end)，以及内建安全标准的数位处理器，打造工控设备SoC，不仅能增进数位I/O通道支援能力，亦能提高周边零组件整合度，进而缩减系统体积、功耗和物料清单(BOM)成本，将有助工厂扩大部署分散式微型PLC，加速实现工业自动化愿景。

与此同时，FPGA、处理器和MCU业者亦瞄准机器视觉(Machine Vision)、马达控制和工业乙太网路三大应用，加紧布局工业自动化市场，使工业嵌入式处理器技术战火快速蔓延。

为满足工厂自动化设备对即时且高精准度控制、多元通讯协定支援和大量资料同步的开发需求，Altera和赛灵思(Xilinx)两家FPGA商，已陆续祭出整合多核心中央处理器(CPU)、数位讯号处理器(DSP)和微控制器等运算核心的SoC FPGA。至于MCU厂商则利用安谋国际(ARM)Cortex-M3/M4系列核心，扩展支援浮点运算(Floating-point)、多元传输介面及感测器连接功能的32位元MCU阵容，足见高整合设计已成为晶片商进军工业自动化市场的重要途径。