实现EtherCAT硬件加速的工业PLC应用技术分析

PLC设计用于控制工厂内的机械设备，如机器人或伺服电机等，采用模块化结构，多个单元可通过堆叠实现更复杂的控制。

PLC的性能主要由扫描周期、存储容量和功能决定，其中扫描周期起关键作用。它主要受I/O输入点数、主控芯片执行效率及运算负载影响，在功能复杂时，对芯片主频的要求也会更高。

快包分析师推荐基于ST STM32MP257 MPU、极海APM32F407系列MCU开发的工业PLC方案，方案具备高性能、多接口、高安全的特性，能够助力企业实现生产流程的智能化升级与高效运营。

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基于STM32MP257的PLC方案

方案基于ST主控芯片STM32MP257设计的PLC方案，具有超高主频和多接口EtherCAT，加上ST芯片本土化策略，可认为方案所有供应物料100%国产，满足用户对国产化的要求，适用于关键领域。

方案参数：

• 电压：24V供电

• EtherCAT、Modbus、CANopen

• EtherCAT：同步周期2ms/32轴

• 16入/8出开关量接口

• 4入/4出模拟量口

• 4路高速输入

• 支持六种编程语言

方案框图：

方案优势：

• STM32MP257 MPU，双核Arm Cortex-A35 @1.5GHz，Cortex-M33 @400MHz，3个Ethernet接口（2+1交换机），3个FD-CAN接口。

• 支持LVDS/DSI，H.264，3D GPU，AI/NN，安全启动，密码学，DRAM加解密，PKA。

• 两个千兆以太网接口，支持TSN（可选），一个千兆以太网交换机连接到ETH1，提供两个外部PHY接口，支持TSN（可选）。

• 两个Octo-SPI闪存接口，支持实时内容解密。

• 安全/安全启动，TrustZone®外设，主动防篡改，环境监控，显示安全层，硬件加速器，完整的资源隔离框架。

• 高达172个安全I/O端口，具有中断功能。

• 人工智能：可选NPU：VeriSilicon® - 高达900 MHz，TensorFlowLite - ONNX - Linux NN。

• 高达34个定时器和7个看门狗。

极海APM32F407 PLC应用方案

方案采用极海APM32F407控制器，基于Arm® Cortex® -M4F先进内核，主频高达168MHz，同时支持浮点和带符号的数字运算，有助于提高PLC扫描周期性能，可实现按位的与、或、非、异或等基本逻辑控制。具备可靠性高、灵活性强、易于扩展、使用便捷等优势。

方案优势：

• 内置192+4KB SRAM、1MB FLASH

• 集成USB_OTG、Ethernet、CAN、EMMC等外设接口

• 指令执行周期短，数据运算速度快，支持符号运算及浮点运算

• 集成数字通信、I/O控制、脉冲控制、模拟控制等丰富资源于一体

• 可拓展性强：集成扩展板接口，可根据不同场景需求加装模块

• 抗干扰、稳定性强：外接采用电气隔离的输入/输出接口

• 支持数据备份

• 工作温度覆盖-40℃~105℃

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