在Automate演进中读懂工业4.0

作为(Lattice)半导体面向智能工业系统推出的解决方案集合，Lattice Automate解决方案集合由模块化硬件平台、IP内核、易于使用的软件设计工具、参考设计和演示、以及定制设计服务构成，核心目标是为工业自动化系统的设计人员提供评估、开发和部署基于FPGA的可编程工业自动化应用所需的各种工具，加速工厂自动化进程。

在最新的Automate V3.0版本中，支持OPC-UA(开放平台通信统一架构)和TSN(时间敏感网络)成为了最大看点。显而易见，这一举措背后的巨大推动力来自。 

“”是针对传统制造和工业实践大规模自动化、智能技术、广泛的机器对机器通信(M2M)，以及机器学习(ML)带来的重大变革力量。与使用数字信息做出更好决策的“工业3.0”相比，“”时代能够使用相同甚至更多的信息来优化事物，基本上无需人工干预。

作为一种机器对机器的通信协议，OPC-UA是一种独立于平台、面向服务的架构，它将OPC规范集成到框架中，可以简化互连，从而优化集成，自动化系统和软件应用，同时保障安全性。借助OPC-UA，用户可以轻松连接云端或网络边缘的远程设备，实现诊断、监控、报告和其他服务。

此外，结合TSN出色的实时功能，OPC-UA成为不断发展的制造行业的关键解决方案。具体来说，在传感器和执行器层面将OPC-UA与TSN叠加时，就能实现持续的数据流监控，而无需分散操作或降低安全性。

虽然OPC-UA通常仅在某些设备支持使用，并且只能共享一小部分可用数据，但目前的一个趋势是为OPC-UA over TSN创建开源堆栈，尤其是Amazon的FreeRTOS，从而简化和加速高效、智能和安全的现场设备的开发。

相比其他类型的处理器，FPGA是一种可以通过编程来执行几乎任何类型计算功能的半导体芯片，这与制造业的特性不谋而合。众所周知，制造业中的工业设备寿命通常为几十年，面对不断变化的新标准和技术需求，简单更换设备产品的做法是不切实际的，必须要让现有机器具备灵活的更新与升级能力。此外，考虑到产品要求经常发生变化，以及工业4.0带来的海量数据需求增长，FPGA能够以一致、时间敏感的方式处理数据或执行某些功能的特性，将帮助设备制造商获得额外优势。

为此，Automate V3.0在此前支持Certus-NX马达控制开发板和基于MachXO3D的硬件安全开发板的基础上，新增了支持FreeRTOS的CertusPro-NX FPGA控制开发板。与竞品相比，CertusPro-NX最大的特点在于它专为网络边缘处理进行了优化，不仅拥有行业领先的能耗效率和可靠性，还在超小的封装尺寸中提供了行业最佳的系统带宽，且是同类产品中唯一支持LPDDR4外部存储器的FPGA产品。

得益于此，Automate 3.0支持的主系统性能得到了大幅提升，运行频率达到了100MHz，对Propel总线基础设施的支持也升级到了AXI4，并同时消除了OPC-UA Pub/Sub对Raspberry Pi的需求，现在该协议可以直接在CertusPro NX上运行。

尽管FPGA性能强大、灵活且功能全面，但对于软件开发人员来说，由于其独特的架构，许多标准开发环境和编程工具并不适用于FPGA，编写FPGA上运行的应用可能比较困难。为了解决这个问题，使用针对FPGA进行优化的软件工具至关重要。

因此，Automate V3.0还更新了IP库，新增RISC-V® freeRTOS(实时操作系统)、UPD硬件加速和PCIe®DMA支持，并拓展了设计工具和参考设计，包括freeRTOS软件集合、单线聚合、云通信和freeRTOS OPC-UA，帮助工业自动化系统设计人员评估、开发和部署最佳应用。

实际上值得注意的是，Automate解决方案集合并不局限于传统的工厂应用，它还广泛适用于各种部署环境和任务，包括仓库自动化和智能建筑监测、管理和控制，以解决相关应用领域对低功耗、低延迟、精确可预测性、高稳定性、接口灵活等关键特性的需求。