探索 RZ/N2L 工业网络 SOM 套件：工业以太网解决方案的理想之选

作为电子工程师，我们一直在寻找高效、可靠且功能强大的解决方案，以满足工业应用中对网络连接和处理能力的严格要求。Renesas 的 RZ/N2L 工业网络 SOM 套件便是这样一款值得深入研究的产品，它为工业以太网解决方案提供了一个优秀的参考设计，能够显著缩短产品上市时间，降低开发风险。

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套件概述

RZ/N2L 工业网络 SOM 套件旨在为工业以太网应用提供一个完整的系统级模块（SoM）和载板解决方案。该套件由两个主要部分组成：Stamp 模块和载板。Stamp 模块焊接在载板上，就像一个“邮票”，它集成了基本功能组件，如内存和以太网 PHY；而载板则提供了额外的功能组件，可根据具体应用场景进行定制。

特点与优势

• 丰富的存储资源：Stamp 模块配备了 128Mbit QSPI 闪存、256Mbit SDRAM 和 16kbit EEPROM，为数据存储和处理提供了充足的空间。
• 强大的电源管理：集成了 Power Management IC (PMIC)，确保系统在不同电源条件下稳定运行。
• 高速以太网连接：具备 2 个千兆以太网 PHY，支持 10/100/1000BASE - T 网络，可满足工业网络对高速数据传输的需求。
• 多样化的接口支持：载板提供了丰富的接口，包括千兆以太网接口、USB 接口、调试接口、高速 CAN 接口、Arduino 接口、PMOD 接口和通用 IO 接口等，方便与各种外部设备连接。
• 广泛的工业协议支持：支持 PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、Modbus TCP 和 OPC UA 等多种工业协议，可适应不同的工业应用场景。

硬件组成与布局

载板组件布局

载板上的组件布局经过精心设计，以实现最佳的性能和可扩展性。主要组件包括：

• 电源连接器：支持 24V 螺丝端子、5V USB 连接器和 3.3V Arduino 引脚等多种电源输入方式，为系统提供灵活的供电选择。
• Stamp 模块：焊接在载板上，是系统的核心处理单元。
• Arduino 接口：具有双功能，既可以作为主机承载标准 Arduino 盾牌，也可以作为盾牌与其他 Arduino 板配合使用。
• 千兆以太网连接器：提供两个 RJ45 网络接口，用于外部网络连接。
• USB 接口：支持 USB 2.0 主机/功能模式，方便与 USB 设备进行数据传输。
• 调试接口：提供 USB 调试接口和 10 针 SWD 连接器，方便进行系统调试和开发。
• PMOD 接口：两个 PMOD 连接器可与各种 PMOD 扩展板进行接口，通过焊接/拆卸电阻可配置不同的 PMOD 类型。
• 通用 IO 接口：采用 SLG46537V (GreenPAK) 作为通用 I/O 接口，用户可以通过 I2C 命令配置互连逻辑、微单元和 IO 引脚，实现自定义的电路设计。

Stamp 模块关键组件

Stamp 模块集成了多个关键组件，为系统提供基本的处理和网络功能：

• 以太网 PHY：两个 VSC8531XMW - 01 千兆以太网 PHY，负责以太网数据的收发和处理。
• 闪存和内存：128Mbit NOR 闪存、16Kbit 串行 EEPROM 和 256Mbit SDRAM，用于存储程序和数据。
• MPU：RZ/N2L (R9A07G084M04GBG) 1 核 32 位 400MHz ARM® Cortex® - R52 以太网通信 MPU，提供强大的处理能力。
• PMIC：DA9083 高电流、高度可配置的系统 PMIC，负责电源管理和分配。

接口配置与使用

跳线设置

为了实现不同的功能，载板上提供了多个跳线设置选项，包括 SDRAM 设置、EtherCAT 设置、HSPI 设置和 Pmod 设置等。通过正确配置跳线，可以启用相应的功能。

千兆以太网接口

载板上的两个千兆以太网接口支持 1000 Mbits/s 的数据传输速率，并具有自动协商功能。每个接口配备了两个 LED 指示灯，用于指示模块状态和网络状态。以太网 PHY 通过特定的引脚与 MPU 连接，实现数据的收发和控制。

USB 接口

USB 接口采用 microUSB 连接器，支持 USB 2.0 主机/功能模式。在默认情况下，该接口假设连接非标准 USB 电缆，ID 引脚未接地，用于 OTG 功能。如果需要使用标准 OTG 电缆和 OTG 设备，需要移除电阻 R87 并配置端口 P02_0 为内部上拉。

调试接口

提供两种调试接口选项：通过 USB 连接的 Segger JLink 调试器和通过 10 针 SWD 连接器连接的外部调试工具。这两种接口不能同时使用，用户可以根据需要选择合适的调试方式。

高速 CAN 接口

高速 CAN 接口符合 ISO 11898 - 1 (2015) 标准，支持标准标识符 (11 位) 和扩展 ID (29 位) 的消息传输。CAN 接口的引脚与 Arduino 连接器共享，方便与其他设备进行通信。

Arduino 接口

Arduino 接口具有双功能，可根据开关 SW1 的设置选择主机模式或盾牌模式。在主机模式下，载板可以承载标准 Arduino 盾牌，提供模拟、I2C、SPI 主、UART、PWM、GPIO 和电源等功能；在盾牌模式下，载板可以作为盾牌与其他 Arduino 板配合使用，提供 I2C、GPIO 和电源输入等功能。

PMOD 接口

两个 PMOD 连接器提供了与各种 PMOD 扩展板的接口能力。通过焊接/拆卸电阻，可以配置 PMOD 接口类型为 SPI/I2C 或 UART/I2C。每个接口类型都有相应的引脚分配和寄存器设置，用户可以根据需要进行选择。

通用 IO 接口

载板上的 SLG46537V (GreenPAK) 作为通用 I/O 接口，为用户提供了自定义电路设计的灵活性。用户可以通过 I2C 命令配置互连逻辑、微单元和 IO 引脚，实现对用户 LED、用户开关滑块和用户连接器的控制。

电气特性与注意事项

绝对最大额定值

在使用 RZ/N2L 工业网络 SOM 套件时，必须严格遵守其绝对最大额定值，以确保设备的安全和可靠性。这些额定值包括电源电压、I/O 电压、输出电流、存储温度等。任何超过绝对最大额定值的操作都可能导致设备损坏或性能下降。

工作条件

套件的正常工作需要满足一定的工作条件，包括电源供应、直流特性和温度范围等。在设计和使用过程中，应确保电源电压在规定的范围内，输入输出电压和电流符合要求，并且工作温度在允许的范围内。

静电放电防护

由于集成电路对静电放电（ESD）非常敏感，因此在处理和使用 RZ/N2L 工业网络 SOM 套件时，必须采取有效的静电防护措施。这包括使用防静电容器、静电屏蔽袋或导电材料存储和运输半导体设备，确保测试和测量工具、工作台和地板接地，以及操作人员佩戴手腕带等。

电源处理

在电源开启和关闭过程中，需要注意一些特殊的处理要求。例如，在电源开启时，产品的状态是不确定的，需要等待复位过程完成后才能保证引脚状态的稳定；在电源关闭时，不要输入信号或 I/O 上拉电源，以免导致设备故障或内部元件损坏。

总结

Renesas 的 RZ/N2L 工业网络 SOM 套件是一款功能强大、性能稳定的工业以太网解决方案。它提供了丰富的接口、广泛的工业协议支持和灵活的配置选项，适用于各种工业应用场景。通过合理使用该套件，电子工程师可以快速开发出满足工业需求的网络设备，缩短产品上市时间，降低开发成本和风险。在实际应用中，我们还需要根据具体需求进行详细的设计和测试，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似套件时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。