平衡的藝術——飛思卡爾T1024/23通信處理器為工業通信保駕護航
http://www.debgrams.com 2015-07-29 11:03 來源：飛思卡爾
對于工業4.0，不同企業有著不同的詮釋，而互聯是其最大的特點。通過現場總線、工業以太網、RFID，甚至Wi-Fi等有線或者無線方式將工業應用中的所有設備連接起來，再通過網關聯接到云端。飛思卡爾為許多有線和無線工業通信協議及人機界面提供工業控制和網絡的解決方案，其安全系統可在制造或加工工廠的典型惡劣環境下，承受黑客、克隆、篡改和軟錯誤。
優化工業應用
在飛思卡爾眾多針對工業通信的產品中，最新推出的QorIQ雙核T1024和T1023通信處理器是比較可圈可點的。T1024和T1023為工業市場提供優化的功能，包括面向HMI的顯示界面單元、面向工業協議卸載的QUICC Engine以及針對高可靠性“始終在線”應用的錯誤檢查與糾錯（ECC）支持。其中QUICC 引擎模塊為TDM、HDLC、UART、ISDN和工業協議等傳統 WAN協議提供綜合支持。
T1024和T1023配備64位內核，基于Power Architecture技術構建，提供網絡、電信和工業聯網應用所需的高性能數據通路加速架構（DPAA）和網絡外設總線接口。其目標應用包括：有線和無線分支路由器、WLAN 11ac 企業接入點、服務提供商 WLAN 接入點、統一的威脅管理網關、多功能打印機、路由器和交換機控制器、線卡控制器、工業自動化和計算、單板計算機、航空航天和國防級耐用網絡設備。
全新的QorIQ T1023和T1024處理器為廣受歡迎的QorIQ P1系列和PowerQUICC處理器組合了無縫應用軟件的可擴展性和出色的卸載性能升級路徑。T1023器件針對802.11ac智能邊緣WLAN接入點和分支路由器，同時T1024 SoC經濟高效地升級了打印和成像、傳統控制應用和線路卡。
平衡的藝術——性能與節能兩不誤
與熱門的ARM內核相比，Power Architecture與工業結緣的歷史更為悠久，并且已經在工業及通信領域證明其有很強的可靠性和安全性。e5500架構是飛思卡爾e500內核的兩倍，設計頻率高達2.5 GHz，可以運行在64位或32位模式。64位e5500內核實現了諸多改進，包括支持多核SoC實施方案以及異構多核處理器，并實現了集成度和性能的獨特結合，在非常低的功率范圍內達到了非常高的性能水平，為嵌入式能效設定了一個基準。
T1023/24處理器帶2個或4個采用Power Architecture技術的e5500單線程內核，高達1.4 GHz，帶64位 ISA支持；低延遲、每核、內核定時，256 KB專用緩存；混合32位模式，支持傳統的軟件，并可過渡到64位架構；32/64位DDR3L/4 SDRAM存儲控制器，帶ECC支持，高達1600 MT/s。
T1023/24的一大特點是性能與功耗的完美結合，可以說是“智能節能”，其體現在幾個方面：首先是每瓦性能達到1 800 Coremark；總功耗小于4 W（主頻為1.4 GHz）；e5500核支持不同層次的低功耗模式（睡眠、等待和倦怠）；通過基于ECMA 363的自動應答提供深度睡眠支持，無數據包丟失；符合能耗標準，如歐洲行為守則、能源之星等。
此外，建議使用F104S8A四端口千兆以太網銅PHY作為T1023/24通信處理器的配套設備提供，F104S8Aq器件可優化所有鏈路運行速率的功耗。
信息安全性解除后顧之憂
最近，一起發生在德國的機器人事故引起業界廣泛關注，引發對機器人安全性的討論。其實完全沒必要恐慌，因為從智能家居到工業4.0，這些物聯網應用早在設計之初就十分重視安全性。安全包括物理安全、功能安全、信息安全三個方面。以工廠的機器手臂為例，物理安全指其所在位置的安全，例如不受風雨、地震應用等；功能安全是指其能正常地工作，既不出故障，也不給其他事物帶來破壞；信息安全是指其接收和發送的數據安全，不受黑客攻擊，并且只有授權用戶才能與它進行信息交互，甚至不同級別的授權用戶有不同的操作權限。
那么飛思卡爾通信處理器可以在安全性方面做些什么呢？以信息安全為例，T1023/24所有端口均帶有MACsec，它是一個用以保護局域網安全的主要協議，這一協議通過識別局域網上非授信站點來阻止其通信，從而保證網絡正常運行，同時還能保護信息完整性和保密性信，并減少對2層協議的攻擊。T1023/24還支持硬件虛擬化和分區執行，有額外的特權級別，用于管理程序支持。指令有3個等級：用戶、超級用戶、管理程序，而分等級是信息安全最有效的措施之一，避免沒有權限的人對系統造成破壞。此外，QorIQ可信架構可提供安全引導、安全調試、篡改檢測、易失性密鑰存儲等功能。
T1023/24集成的DPAA不僅有加速特性，也帶來了安全性。其功能包括：全L2/3通道和加密/解密分流支持，用于諸如WLAN等功能；CAPWAP/DTLS安全無線鏈接；數據包解析、分類和分布；支持調度、數據包排序和阻塞管理的隊列管理；用于緩沖區分配和釋放的硬件緩沖管理；密碼加速(SEC 5.x)。
外設接口
工業應用接口種類繁多，例如維護用的低速現場總線（RS-485）、過程處理用快速現場總線（CAN），即使實現類似功能，采用的協議也可能大相徑庭。因此，針對工業應用的通信處理器需要對接口有強大的支持。
T1024/1023包括以下網絡單元和外設接口：SerDes（4條高達10 Gb/s的通道，支持SGMII、QSGMII、PCIe和SATA）；高達 4個以太網MAC；3個 PCI Express 2.0 控制器；1個串行ATA (SATA 2.0) 控制器；兩個高速USB 2.0 控制器，帶集成物理層；增強型安全數字主控制器 (SD/MMC/eMMC)；增強型串行外圍接口；兩個 I2C 控制器；4個 UART；集成式閃存控制器，支持NAND 和 NOR閃存。
參考設計和軟件支持
QorIQ T1024參考設計板（T1024RDB）是一種高性能評估和開發平臺，支持基于Power Architecture技術構建而成的QorIQ T1024和T1014通信處理器。該電路板配備1.4 GHz QorIQ T1024處理器和豐富的I/O組合，主要面向網絡和以太網應用為主的QorIQ T1系列通信處理器評估，例如，固定路由器、交換機、互聯網接入設備、防火墻和其他數據包過濾應用、以及通用嵌入式計算中的混合控制和數據平臺。QorIQ T1024RDB可以幫助您加快產品上市速度。在您的硬件和軟件生產之前，該系統可作為軟硬件開發、調試和性能評估的參考。如果需要，還可提供設計文件。
在T1024RDB中，系統一旦進入深度睡眠模式，可以通過軟件對定時器和中斷控制器進行編程，使得只有在重要事件時才喚醒處理器，并且能決定是返回睡眠模式還是激勵處理器全速率運行。
QorIQ T1024參考設計框圖
飛思卡爾多年來組建起了豐富的生態系統，為其產品的廣泛應用打下了堅實的基礎。其與合作伙伴可為用戶提供一系列廣泛工具、運行時軟件、參考解決方案和服務，加速設計。例如：面向Power Architecture技術的CodeWarrior Development Studio、QorIQ Linux SDK、VortiQa 應用軟件、專業服務和支持（如參考設計軟件支持包）、第三方軟件和工具（包括Enea、Green Hills、Mentor Graphics以及 Wind River）。
其中，CodeWarrior Development Studio充分發揮了通信和網絡應用的全部潛力，其集成在Eclipse開發框架內，集成了Linux® Build工具和極其先進的具有軟件分析功能的多核處理器及多核調試技術，使用戶能夠構建、調試并且優化基于飛思卡爾Power Architecture技術的多核應用。
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