Module d’interface Ethernet avec architecture dual-core et contrôle réseau matériel

L’intégration de la technologie réseau et du traitement local des données permet l’implémentation directe de la connectivité Ethernet dans les systèmes embarqués. Le module d’interface fournit des solutions réseau déterministes basées sur le matériel pour les passerelles IoT (Internet des objets), les environnements d’automatisation industrielle, les contrôleurs compatibles réseau et les systèmes nécessitant une transmission continue des données ainsi qu’un traitement des données en périphérie.

Architecture système et intégration du microcontrôleur
Le cœur du module est constitué du système-en-boîtier (SiP) W55RP20 développé par WIZnet. Ce composant combine le contrôleur Ethernet W5500 avec l’architecture de microcontrôleur dual-core RP2040. L’unité de traitement dispose d’un double processeur Arm Cortex-M0+ fonctionnant à des fréquences allant jusqu’à 133 MHz, pris en charge par une mémoire statique à accès direct (SRAM) interne ainsi qu’une mémoire Flash. Cette architecture dual-core permet l’exécution simultanée du code principal de l’application et des tâches nécessaires de gestion réseau.

Décharge grâce à une pile TCP/IP matérielle
Le contrôleur Ethernet intégré fonctionne avec une pile TCP/IP câblée en dur. Grâce au traitement des protocoles réseau au niveau matériel, le système décharge le processeur principal des tâches de transmission. Cette méthode réduit la latence et réserve les ressources de calcul à la logique applicative principale. Le module contient également une couche physique Ethernet (PHY) intégrée. Pour le diagnostic de la connexion physique, des diodes électroluminescentes (LED) transmettent des informations sur l’état de la connexion et indiquent l’activité du protocole TCP (Transmission Control Protocol).

Options d’interface et extension matérielle
La connexion entre le module et le système hôte s’effectue via des voies de communication sélectionnables telles que l’interface périphérique série (SPI) ou l’émetteur-récepteur asynchrone universel (UART), configurés via un pont matériel dédié. La carte dispose d’une interface USB Type-C (Universal Serial Bus), contrôlée par le contrôleur USB 2.0 interne du processeur RP2040. L’agencement physique comprend des prises médianes exposées pour les composants magnétiques Ethernet, permettant l’implémentation de la fonctionnalité optionnelle Power-over-Ethernet (PoE). Des points de test accessibles pour le dépannage sont directement intégrés au circuit imprimé afin de prendre en charge la vérification des signaux.

Compatibilité de l’écosystème et diagnostic système
Le module d’interface fonctionne dans le cadre du standard de socket mikroBUS. Il dispose d’un mécanisme d’identification automatique permettant aux systèmes hôtes compatibles de lire la configuration matérielle lors du raccordement. Nebojsa Matic, Chief Executive Officer de Mikroe, a déclaré que le module est utilisé dans les passerelles IoT, les systèmes d’automatisation industrielle et le matériel embarqué nécessitant une intégration Ethernet directe. Le matériel utilise des bibliothèques logicielles open source fournissant les pilotes d’exploitation nécessaires à la programmation système et à la configuration réseau.

Contexte supplémentaire : cette section contient des spécifications techniques et des comparaisons concurrentielles qui ne figuraient pas dans l’annonce produit originale.
L’implémentation du système-en-boîtier W55RP20 de WIZnet réduit l’espace occupé sur le circuit imprimé par rapport à l’utilisation d’un microcontrôleur RP2040 discret aux côtés d’un contrôleur Ethernet W5500 séparé. Le mécanisme TCP/IP matériel prend en charge jusqu’à huit sockets réseau indépendants simultanément et utilise 32 kilo-octets de mémoire interne dédiés exclusivement aux tampons d’émission et de réception. Par rapport aux piles TCP/IP logicielles, telles que lwIP sur des microcontrôleurs standard, une pile câblée en dur isole le traitement réseau de l’unité centrale de traitement. Cette isolation structurelle empêche les surcharges réseau ou les attaques par déni de service d’épuiser la mémoire vive et de bloquer les boucles principales de l’application. Les solutions discrètes concurrentes fonctionnent souvent uniquement comme contrôleurs d’accès média et émetteurs-récepteurs de couche physique (MAC/PHY), obligeant ainsi le microcontrôleur hôte à traiter tous les protocoles réseau par logiciel. En associant le contrôleur réseau à deux cœurs Cortex-M0+, le SiP permet aux développeurs de consacrer un cœur à l’interrogation continue des capteurs industriels, tandis que le second cœur gère le conditionnement des données et l’interface avec le serveur cloud.

Édité par le journaliste industriel Lekshman Ramdas, avec l’assistance de l’IA.

www.mikroe.com