工业MCU，开始卷连接

工业一直是MCU厂商竞争的重要阵地，而工业连接能力，正变得越来越重要。

根据Omdia的分析，AI与边缘处理技术正在加速融入工业自动化。制造商希望通过连接更多设备，获取实时运行数据，提升生产效率和运营管理能力。但现实中，仍有不少工业边缘设备处于孤立状态，或者依赖RS-232、RS-485等传统接口进行通信。这些连接方式并非不能满足工业需求，但在数据实时性、设备协同和网络扩展方面，也面临新的挑战。

随着工业自动化对实时通信的要求不断提高，MCU厂商开始在工业连接领域加码。

10BASE-T1S（单对以太网短距离）当前在汽车领域发展速度很快，这项技术其实也在快速向工业领域推进。

NXP在8月推出MCX A5系列MCU，是NXP首款在有线MCU上实现拓扑发现功能的产品，配备10BASE-T1S以太网数字PHY，同时采用后量子加密（PQC）提供安全防护。适用于工业自动化、楼宇控制、电力能源等应用。

在工业通信方面，MCX A5集成10/100Mbps以太网MAC，并在部分型号中配备10BASE-T1S PHY，支持高速USB、双路CAN FD、eSPI、最高4路I3C、5路LPI2C、6路LPSPI和6路LPUART。其中，10BASE-T1S是一种面向单对双绞线的以太网物理层技术，可用于连接工业边缘设备。结合相应的拓扑发现功能，开发人员能够更方便地识别网络中的设备及其连接关系，简化工业网络的部署和管理。

配置方面，采用最高主频240MHz的Arm Cortex-M33内核，支持浮点运算、数字信号处理、内存保护单元、TrustZone。集成最高2MB双区Flash和640KB SRAM，其中部分RAM支持ECC错误校验与纠正功能。双区Flash支持读写并行操作，有助于提升固件更新期间的系统运行灵活性。

值得注意的是，NXP在2月推出业界首款量产型10BASE-T1S物理介质相关（PMD）收发器：面向汽车行业的TJA1410和面向工业及楼宇自动化的TJF1410。根据NXP的说法， 新的收发器简易性堪比CAN（类CAN）。

PMD收发器将传统的以太网PHY分为两部分，使得数字部分可以集成到主机MCU或交换机中，而PMD则负责在物理介质上发送和接收信号所需的关键模拟功能。也就是说，MCX A5系列与TJF1410 10BASE-T1S PMD收发器搭配使用，TJF1410作为MCX A5集成数字PHY的模拟前端，可构成完整的单对以太网（SPE）解决方案。

瑞萨前两天推出了很有意思的产品——RX74M和RX74N。其中，RX74M支持EtherCAT、TSN千兆以太网、CAN FD；RX74N则支持千兆以太网、CAN FD。

最有意思的是，这是瑞萨首次在RX家族中采用22nm工艺，搭载MRAM，同时也采用后量子加密（PQC）提供安全防护。从2025年开始，瑞萨就在在RA系列中采用“22nm ULL+MRAM”，采用这个组合的产品主要有RA8P1、RA8D2、RA8M2。

RA是Renesas Advanced的缩写，RX系列则源自Renesas Xtreme。两个产线都强调高性能，不过RA基于Arm的Cortex-M核，强调安全性、连接能力和智能物联网应用；RX则是采用瑞萨自主开发的CPU内核，主打性能与能效，面向工业控制、电机控制、家电和消费电子等领域，这一系列已经诞生16年了。瑞萨把这一套组合也搬到了RX家族中，可见工业领域的野心。

回到RX74M这颗MCU，通信接口是一大特点。该系列集成双端口EtherCAT从站控制器、两个千兆以太网MAC单元，支持TSN的双端口以太网交换模块，可用于工业网络与实时控制系统。其他接口包括三个CAN FD模块、两个最高支持3.4Mbps的I²C接口、一个最高支持12Mbps SDR模式的I3C接口、USB 2.0、SD/MMC主机接口，以及支持I²S等音频格式的串行音频接口。两个XSPI接口支持最高266MT/s的数据传输速率，并可在控制器与从机模式之间切换。

这意味着，单颗MCU即可支持EtherCAT、PROFINET和EtherNet/IP等主流工业网络，并通过TSN实现确定性通信，还能支持EtherNet/IP DLR设备级环网等冗余网络配置。

内核上也很有看点，采用32位RXv3e CPU内核的高性能MCU，最高工作频率为600MHz，CoreMark性能达到3604分，并集成64位双精度浮点运算单元和三角函数运算单元，可用于对实时计算和数值运算能力要求较高的应用。

存储方面，RX74M系列最高集成1MB代码MRAM，支持双Bank结构，可在两个启动存储区之间切换；片上SRAM容量为1.5MB，并支持ECC纠错功能。此外，该系列还配备48KB数据MRAM，以及128KB用户扩展MRAM，可用于存储启动程序和用户数据。代码MRAM支持后台编程，读取频率最高可达100MHz；SRAM读取频率最高可达150MHz。

纳芯微在今年7月，也推出了高算力的EtherCAT实时控制MCU。纳芯微MCU市场总监宋昆鹏向EEWorld介绍，NS800RTA7系列是目前公司发布的算力最高的实时控制MCU，包括NS800RTA7P65DE、NS800RTA7P66DE、NS800RTA7P66TE三款产品，三款产品共享完全一致的外设硬件资源，每款均提供三种不同封装版本，合计拥有九款细分物料型号。如下：

纳芯微NS800RTA7系列通信方面，芯片集成EtherCAT控制器，并支持USB、FSI、CAN FD、LIN、SPI和I²C等接口。

配置方面，最多集成三个Cortex-M7内核，每个内核均配备第二代自研eMATH数字运算加速器，支持FPU和独立TCM。相比第一代，第二代eMATH整体运算性能提升近一倍；最高集成1.8MB eFlash和864KB SRAM，其中608KB为三个内核独立配置的TCM；芯片内置四个独立ADC模组，最多支持55路模拟输入，可满足SiC、GaN等高频电力电子系统的多路同步采样需求。

宋昆鹏向EEWorld表示，“EtherCAT已经成为头部客户量产设备的标准化通信方案，落地确定性高，有大批量终端客户明确需求，所以我们在此次优先布局片内集成EtherCAT的MCU产品。”

据HMS Networks 数据，2025年全球工业网络EtherCAT在新接入节点中的占比达到17%，较2024年的16%继续保持增长。

4-20mA虽然是很传统的连接技术，但它却是过程自动化监测中常用的传感器信号传输方式，可用于传输温度、压力等测量信息。

之所以如此，是因为4-20 mA满足本安要求，适用于石油、化工、煤矿等防爆和功能安全要求的场合，其次是因为4-20 mA支持长距离通讯，可达300至500米，流程工厂规模庞大，如金山石化一个工厂即如一座城镇，布线上百米乃至上公里都很常见，传统以太网难以部署。

HART协议是对传统4-20 mA 仪表系统的一种向后兼容的增强方案，能够与基于微处理器的智能现场设备进行双向通信。HART信号叠加在4–20 mA电流环上，通过调制实现双向数字通信。HART协议还可用于执行标准化操作，例如测试电流环、设置电流环的测量范围，以及获取变送器的校准信息。传统4–20 mA系统仅通过电流值传输主要测量变量，而HART在此基础上增加了数字通信能力，从而扩展了系统的功能。

ADI在2025年发布并开售一个集成度非常高的MCU——MAX32675C。它采用高集成度混合信号设计，集成精密模拟前端（AFE）和HART调制解调器，可处理1200 Hz和2200 Hz的FSK信号，面向4–20 mA回路供电传感器和变送器，可用于工业及医疗领域的压力、温度和流量测量。

模拟信号处理是这颗MCU的亮点，MAX32675C集成了低功耗HART调制解调器，可通过电流环与工业传感器进行双向数字通信，实现设备配置和故障诊断。其模拟前端（AFE）包含两路12通道Σ-Δ ADC，提供12路可分配至任意一路ADC的模拟输入通道，并支持灵活配置转换分辨率和采样率。在24位分辨率下，采样率最高可达0.4 ksps。每路ADC前端均配备可编程增益放大器（PGA），增益范围为1至128倍，可用于采集外部模拟信号及系统温度等参数。此外，芯片还集成了12位数模转换器（DAC）和内部参考电压源。ADC 转换结果可以实时从整数格式转换为单精度浮点格式，以便后续处理。

配置方面，采用主频为12 MHz的Arm Cortex-M4内核，配备浮点运算单元（FPU）；集成384 KB闪存，其中376 KB可供用户使用，以及160 KB SRAM。在启用纠错码（ECC）时，可用SRAM容量为128 KB；ECC覆盖全部闪存、SRAM和高速缓存，支持单比特错误纠正和双比特错误检测（SEC-DED），以提高关键代码执行的可靠性；支持低功耗模式下的数据保留，备份模式下的全存储器保持电流典型值为375 μA；在环境温度为85°C时，工作电流不超过2.1 mA，启动电流典型值为1.02 mA，适合对功耗有严格要求的4–20 mA 电流环应用。

根据ADI的介绍，集成式变送器MAX12900与MAX32675C的组合能够缩小4–20 mA智能变送器的体积，同时支持多种传感器类型，提高系统设计的灵活性和可靠性。

TI的思路完全不一样，它给通信直接做了个子系统——PRU-ICSS（可编程实时单元工业通信子系统），为工业以太网和现场总线提供灵活的通信支持。该子系统结合可编程实时核（PRU）与以太网介质访问控制器（EMAC），底层协议功能由固件实现，上层协议栈则运行在Arm内核上。这种设计既能适配不同工业协议，也能释放Arm内核资源，使其专注于控制和数据处理。

2011年，TI在AM335x系列处理器中引入PRU-ICSS，为工业通信提供了新的实现方式。此后，PRU逐步发展出PRU-ICSS、PRU-ICSSG等架构，可通过编程支持EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT等工业协议。相比完全依赖主CPU处理通信任务，这种设计能让PRU专注于实时通信，主CPU则负责控制和数据处理，也便于后续适配新的协议。

TI新推出的AM243x是基于四核Arm Cortex-R5F的MCU就集成了PRU-ICSSG，可支持千兆以太网TSN、EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP等多种工业通信协议。此外，PRU-ICSSG还支持芯片内部的其他接口功能，包括Σ-Δ抽取滤波器模块和绝对值编码器接口。

此外，AM243x通过高性能Cortex-R5F内核、紧耦合存储器（TCM）、可配置的SRAM分区，以及外设之间的低延迟数据通路，实现实时处理。其架构能够快速完成片上数据传输，满足伺服驱动器等系统对控制周期的严格要求。此外，FSI、GPMC、PWM、Σ-Δ抽取滤波器和绝对值编码器接口等外设，也为这类工业系统提供了多种架构选择。

AM243x还支持功能安全设计。其MCU域集成了Cortex-M4F内核及专用外设，这些资源既可以与SoC其他部分共享，也可以相互隔离，以满足不同的安全设计需求。AM243x同时支持安全启动（Secure Boot）。

工业连接不只是增加几个通信接口。MCU厂商还在提升实时通信能力、整合模拟信号处理，并让芯片适应不同的工业网络标准。随着工业设备联网和实时控制需求增长，通信功能与控制、计算能力的结合，也将成为工业MCU竞争的重要方向。