成功案例：小规模工业生产 PROFINET 集成

挑战

一家超声波焊接系统制造商面临着一项明确的任务：新设备版本的控件必须支持 PROFINET。上一代机型中，参数配置通过串行接口（串口）进行处理。一颗 STM32 微控制器负责控制频率、振幅和其他各项参数。

对于新一代产品，终端客户要求必须具备支持实时通讯的 PROFINET 功能。新接口还需要无缝集成到现有系统架构中。同时，必须将所需的工作量降到最低—尤其是硬件改动和认证。

需求

项目的客观限制条件为机械设备制造商明确优先顺序：时间、工程资源和生产批量都非常有限。
PROFINET 接口需要适配现有的系统架构。机械设备制造商的团队不希望进行大规模硬件重新设计。认证流程必须保持精简，因此认证范围特意缩减到最核心的必要项。

该项目由系统开发商 Brückmann Elektronik 代表作为终端客户的机械设备制造商进行管理。由于 Brückmann 在 PROFINET 方面的经验有限，公司引入了系统工程专家 Burger Engineering 提供支持。Burger 团队多年来一直是赫优讯官方认证的“netX Design-In Partner”（netX 设计导入合作伙伴），因此在利用赫优讯产品集成工业通讯方面拥有极其丰富的实战经验。

其中一个关键环节，就是选择合适的通讯模块。团队很快便做出决定，选用赫优讯的 netRAPID 90。

netRAPID 90 是一款集成了 netX 90 芯片的紧凑型通讯模块。交付给 Brückmann 及其客户时，该模块已经预装好 PROFINET 通讯协议栈。此外，还可以使用 EtherCAT 和 EtherNet/IP 等其他通信协议，以及 PROFIBUS 或 DeviceNet 等现场总线。该模块可以轻松集成到现有设计，无需进行大规模硬件开发。

赫优讯 netRAPID 90 产品亮点：

• 可直接焊接的 netX 90 设计
• 面向主机的 SPI 接口
• 支持工业以太网与现场总线的引脚式多协议设计
• 集成 Cortex-M4 处理器，用于处理应用任务

Brückmann 和 Burger 团队也探讨过许多替代方案，包括将 netX 90 芯片直接集成到设备。最终，他们很快排除基于赫优讯多协议处理器进行独立 PCB 开发的方案—因为预期的生产批量太小，投入的工作量会得不偿失。
凭借其紧凑的外形、完整的通讯与应用单元，以及现成的开发和认证工具，netRAPID 90 经证明是最高效的解决方案。

第一阶段：实施 — 2023年2月至6月

• 定义技术框架
• 选定 netRAPID 90 作为最合适的解决方案
• 使用评估板进行应用实施和初步开发

第二阶段：优化与认证

• 为官方 PROFINET 认证准备解决方案
• 认证
• 将解决方案精简至所需的特性集

具体实施

应用与通讯分离

该技术方案的核心在于将应用逻辑与通讯逻辑明确分离。现有的 STM32 控件已经涵盖所有设备专属功能，包括频率控制、振幅控制和电源管理。因此，它并不适合再承担额外的 PROFINET 任务。

最初，团队计划以“配套模式”运行 netRAPID 90。在这种模式下，应用逻辑依然保留在 STM32 上，而 netRAPID 90 负责处理与 PROFINET 网络的连接。

然而，由于 STM32 在处理一些对时间要求极高的序列时已经接近性能极限，团队转而选择“独立模式”。这样一来，netX 90 的第二个核心就可以通过 PROFINET 在提供者和消费者之间交换应用数据。最终，PROFINET 通讯的实现几乎未给 STM32 带来额外性能负担。