Modulo di interfaccia Ethernet con architettura dual-core e controllo di rete hardware

L’integrazione della tecnologia di rete e dell’elaborazione locale dei dati consente l’implementazione diretta della connettività Ethernet nei sistemi embedded. Il modulo di interfaccia offre soluzioni di rete deterministiche basate su hardware per gateway IoT (Internet of Things), ambienti di automazione industriale, controllori abilitati alla rete e sistemi che richiedono trasmissione continua dei dati ed elaborazione dei dati in periferia.

Architettura del sistema e integrazione del microcontrollore
Il cuore del modulo è costituito dal sistema-in-package (SiP) W55RP20 sviluppato da WIZnet. Questo componente combina il controller Ethernet W5500 con l’architettura di microcontrollore dual-core RP2040. L’unità di elaborazione dispone di un doppio processore Arm Cortex-M0+ che opera a frequenze fino a 133 MHz ed è supportato da memoria SRAM interna e memoria Flash. Questa architettura dual-core consente l’esecuzione simultanea del codice principale dell’applicazione e delle necessarie attività di gestione della rete.

Alleggerimento del carico tramite stack TCP/IP hardware
Il controller Ethernet integrato funziona con uno stack TCP/IP cablato in hardware. Elaborando i protocolli di rete a livello hardware, il sistema alleggerisce il processore principale dal carico di trasmissione. Questo metodo riduce la latenza e riserva le risorse di elaborazione alla logica principale dell’applicazione. Il modulo include inoltre un livello fisico Ethernet (PHY) integrato. Per la diagnosi della connessione fisica, i diodi a emissione luminosa (LED) forniscono informazioni sullo stato della connessione e mostrano l’attività del Transmission Control Protocol (TCP).

Opzioni di interfaccia ed espansione hardware
La connessione tra il modulo e il sistema host avviene tramite percorsi di comunicazione selezionabili come Serial Peripheral Interface (SPI) o Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART), configurati tramite un ponte hardware dedicato. La scheda dispone di un’interfaccia USB Type-C (Universal Serial Bus), controllata dal controller USB 2.0 interno del processore RP2040. Il layout fisico include prese centrali esposte per la magnetica Ethernet, consentendo l’implementazione della funzionalità opzionale Power-over-Ethernet (PoE). Punti di test accessibili per il debug sono integrati direttamente nel circuito stampato per supportare la verifica dei segnali.

Compatibilità dell’ecosistema e diagnostica di sistema
Il modulo di interfaccia opera all’interno dello standard socket mikroBUS. Dispone di un meccanismo di identificazione automatica che consente ai sistemi host compatibili di leggere la configurazione hardware al momento del collegamento. Nebojsa Matic, Chief Executive Officer di Mikroe, ha dichiarato che il modulo viene utilizzato in gateway IoT, sistemi di automazione industriale e hardware embedded che richiedono integrazione Ethernet diretta. L’hardware utilizza librerie software open source che forniscono i driver operativi necessari per la programmazione del sistema e la configurazione della rete.

Contesto aggiuntivo: questa sezione contiene specifiche tecniche e confronti competitivi non inclusi nell’annuncio originale del prodotto.
L’implementazione del sistema-in-package W55RP20 di WIZnet riduce l’ingombro sul circuito stampato rispetto all’utilizzo di un microcontrollore RP2040 discreto insieme a un controller Ethernet W5500 separato. Il meccanismo TCP/IP hardware supporta fino a otto socket di rete indipendenti simultaneamente e utilizza 32 kilobyte di memoria interna dedicata esclusivamente ai buffer di trasmissione e ricezione. Rispetto agli stack TCP/IP basati su software, come lwIP su microcontrollori standard, uno stack cablato in hardware isola l’elaborazione di rete dall’unità centrale di elaborazione. Questo isolamento strutturale impedisce che sovraccarichi di rete o attacchi denial-of-service esauriscano la memoria di lavoro e blocchino i cicli principali dell’applicazione. Le soluzioni discrete concorrenti spesso funzionano esclusivamente come controller Media Access Controller e transceiver Physical Layer (MAC/PHY), costringendo il microcontrollore host a elaborare tutti i protocolli di rete tramite software. Accoppiando il controller di rete con due core Cortex-M0+, il SiP consente agli sviluppatori di dedicare un core all’interrogazione continua dei sensori industriali, mentre il secondo core gestisce il confezionamento dei dati e l’interfaccia con il server cloud.

Modificato dal giornalista industriale Lekshman Ramdas, con il supporto dell’IA.

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