工业以太网模块R-IN32M3：功能、特性与使用要点

在工业自动化领域，工业以太网模块是实现设备联网与数据通信的关键组件。今天我们就来深入了解一下瑞萨（Renesas）的R-IN32M3模块（RY9012A0），它在实时工业以太网通信方面表现出色。

文件下载：RY9012A0000GZ00#001.pdf

模块概述

R-IN32M3模块目前已可投入使用，它是一款经过认证的双端口以太网模块解决方案，支持PROFINET、EtherNet/IPTM和EtherCAT®等实时协议，还集成了一个2端口以太网交换机，适用于各种网络拓扑结构。模块内包含运行协议库的Renesas R-IN32M3 - EC，支持多种实时工业以太网通信协议。通过通用应用编程接口（API），应用处理器能轻松访问协议库，通过精简的SPI模块接口与用户应用交换实时网络数据。这个通用API是实时通信的抽象平台，提供可扩展的多协议解决方案。外部应用处理器可完全控制模块CPU上运行的协议栈，且不干扰模块的实时通信，也不浪费主机处理器的CPU性能。同时，现有的工业以太网协议实现都符合最新规范版本，丰富的工具链（包括评估板、API源代码和主机应用示例及详细文档）便于集成到目标应用环境，能帮助用户快速建立与现有或新应用、产品和网络的连接，加速产品上市时间。

产品特性

协议支持

该模块支持PROFINET、EtherNet/IPTM和EtherCAT®实时通信标准，在主机MCU控制下还支持ModbusTCP。它采用一体化紧凑设计，带有2端口以太网接口，包含以太网PHY和RJ45连接器，以太网端口支持10 Mbps和100 Mbps自动协商。此外，还为瑞萨RA、RX、Synergy和RL78提供了全面的工具支持和以源代码形式呈现的应用示例。

具体协议特性

在固件版本Ver2.1.0.0及以上时，R-IN32M3模块支持以下协议特性：

• PROFINET：符合PROFINET IO Conformance Class B，最小循环时间为1ms，最大读写1434字节的过程数据，支持LLDP、SNMP、MRP（媒体冗余协议）、报警队列、Web浏览器和http。
• EtherNet/IP：最小循环时间1ms，最大连接大小495字节，支持DLR（设备级环网）、QoS、ACD、Web浏览器和http，还支持多种对象，如身份对象、消息路由器对象等。
• EtherCAT：支持EtherCAT通信配置文件、CAN应用协议（CoE）、以太网（EoE）、文件访问（FoE），支持显式设备ID、自由运行、同步管理器和分布式时钟（DC），最大PDO为1408字节。

工厂固件版本

通过产品标签右上角的编号可识别固件版本，如20/对应Firmware Ver.1.1.9，21/对应Firmware Ver.1.1.9，22/对应Firmware Ver.2.1.4。具体产品标签细节可参考用户手册《Hardware (R19UH0122ED**)》中的「9. Marking Specifications」。

订购信息

该模块有两种包装可供选择：RY9012A0000GZ00#001为30件托盘包装，RY9012A0000GZ00#002为1件样品包装。

引脚说明

以太网端口

以太网端口符合IEEE 802.3 10BASE - T / 100BASE - TX标准，支持半/全双工，其引脚分配如下：	Pin	Signal	I/O	Description
1	TX+	O	发送信号正
2	TX-	O	发送信号负
3	RX+	I	接收信号正
4	Not used		接地线
5	Not used		接地线
6	RX-	I	接收信号负
7	Not used		接地线
8	Not used		接地线

应用接口

模块引脚与电源和SPI接口相连，SPI为从接口，具体引脚信息如下：	Pin	Signal	I/O	Description
1	Vcc		3.3V ±0.15V直流电源
2	GND		接地
3	/SS	I	从选择：低电平有效以启用从设备
4	/RESET	I	整个R - IN32M3模块复位：低电平有效
5	MISO	O	主入从出：数据从从设备到主设备
6	MOSI	I	主出从入：数据从主设备到从设备
7	SCLK	I	串行时钟：主设备提供时钟以进行数据移位
8	SYNC0	O	EtherCAT分布式时钟同步信号
9	SYNC1	O	EtherCAT分布式时钟同步信号

需要注意的是，引脚8和9的EtherCAT分布式时钟同步信号仅用于EtherCAT协议，且按照EtherCAT规范运行。

SPI操作

R - IN32M3模块的SPI用于将模块与外部应用处理器连接。为使模块时钟与外部应用处理器时钟独立，SPI接口的串行传输采用异步模式，通过MOSI、MISO、SCLK和SS四个引脚处理。应用控制器作为SPI主设备决定SPI通信模式，SPI数据格式为MSB优先，每次传输8位，128字节的传输缓冲区可传输多个请求。通信基于循环方案，过程数据可根据应用控制器的每个请求循环传输，实时和非实时通信（RPC）使用相同的传输系统，但处理与实时通信解耦，因此实时数据可独立于API函数调用进行交换。

内部框图

硬件框图

R - IN32M3模块的内部硬件框图展示了其内部硬件组成结构，有助于我们了解模块的硬件架构。

软件框图

软件框图则展示了模块的软件组成以及与应用处理器的连接方式，为软件开发者提供了清晰的架构图。

电气特性

绝对最大额定值

应力超过最大额定值（即使是短时间）可能会损坏R - IN32M3模块，不保证在推荐工作条件以上的功能操作，长时间暴露在推荐工作条件以上的应力下可能影响设备可靠性。具体绝对最大额定值如下：	Parameter	Symbol	Rating	Unit
电源电压	V CC	-0.2 to +3.6	V
I/O电压	VI/Vo	-0.3 to +3.6	V
输出电流	Io	15	mA
存储温度	T stg	-40 to +85	°C

工作条件

模块的工作条件如下：	Parameter	Symbol	Min.	Typ.	Max.	Unit
电源	Vcc	3.15	3.3	3.45	V
功耗	P		1.3	2.0	W
输入高电压	VIH	2.0		Vcc + 0.3	V
输入低电压	VIL	-0.3		0.8	V
输入高电压 (/RESET)	VIH RESET	2.2		Vcc	V
输入低电压 (/RESET)	VIL RESET	-0.2		0.3	V
输出高电压	VOH	Vcc - 0.1			V
输出低电压	VOL			0.1	V
输出低电流	IOL	6			mA
输出高电流	IOH	-6			mA
工作温度	T a	-40		70	°C

SPI规范

在Vcc = 3.3 ± 0.15 V，Ta = -40 至 +70°C的条件下，SPI有以下规范：	Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Max.	Unit
SCLK输入周期	tCSISSCK	-	60	-	ns
SCLK输出高电平宽度	tWSKH	-	tCSIMSCK × 0.5 - 5.0	-	ns
SCLK输出低电平宽度	tWSKL	-	tCSIMSCK × 0.5 - 5.0	-	ns
MOSI输入建立时间 (to CSISCKn￪)	tSSSI	-	10	-	ns
MOSI输入建立时间 (to CSISCKn￬)	tSSSI	-	10	-	ns
MOSI输入保持时间 (from CSISCKn￪)	tHSSI	-	15	-	ns
MOSI输入保持时间 (from CSISCKn￬)	tHSSI	-	15	-	ns
MISO输出延迟时间 (from CSISCKn￪)	tDSSO	C L = 15 pF	-	10	ns
MISO输出延迟时间 (from CSISCKn￬)	tDSSO	-	10	ns
MISO输出保持时间 (from CSISCKn￪)	tHSSO	tCSISSCK × 0.5 - 5.0	-	ns
MISO输出保持时间 (from CSISCKn￬)	tHSSO	tCSISSCK × 0.5 - 5.0	-	ns

适用标准

R - IN32M3模块符合多项标准，包括CE标记、UKCA标记，在发射方面符合EN61000 - 6 - 4、EN55016 - 2 - 3、EN55022等标准，在抗扰度方面符合EN61000 - 6 - 2、EN61000 - 4 - 2等标准，还符合RoHS / REACH、UL（UL 61010 - 1, 3rd Edition和UL 61010 - 2 - 201, 2nd Edition）、CAN/CSA C22.2 No. 61010 - 1, 3rd Edition和CAN/CSA C22.2 No. 61010 - 2 - 201:18等标准。

相关产品

R - IN32M3模块解决方案套件

支持轻松进行评估和开发，更多信息可访问瑞萨官网。

R - IN32M3模块适配器板 [YCONNECT - IT - I - RJ4501]

可通过Arduino™或P - mod接口与现有的MCU评估板连接，提供EK - RA6M4 / EK - RA6M3 (RA)、RL78/G14和SK - S7G2(Synergy)的示例软件。

R - IN32M3模块CPU卡 [SEMB1320]

集成了R - IN32M3模块和RX66T CPU卡，提供SEMB1320 (RX66T)的示例软件，SEMB1320是Shimafuji Electric Co., Ltd.的产品。

注意事项

静电放电防护

CMOS设备暴露在强电场中可能导致栅极氧化物损坏，影响设备运行。因此要尽可能减少静电产生，及时消散静电，保持环境湿度，避免使用易产生静电的绝缘体。半导体器件应存储和运输在防静电容器、静电屏蔽袋或导电材料中，测试和测量工具、工作台和地板都要接地，操作人员要佩戴腕带，避免用裸手触摸半导体器件，对装有半导体器件的印刷电路板也要采取同样的防护措施。

上电处理

上电时产品状态不确定，LSI内部电路状态、寄存器设置和引脚状态都未定义。对于通过外部复位引脚施加复位信号的成品，从上电到复位过程完成期间，引脚状态无法保证；对于通过片上上电复位功能复位的产品，从上电到电源达到指定复位电平期间，引脚状态也无法保证。

掉电状态下信号输入

设备掉电时，不要输入信号或I/O上拉电源，否则可能导致设备故障和内部元件性能下降，要遵循产品文档中关于掉电状态下输入信号的指导原则。

未使用引脚处理

要按照手册中关于未使用引脚的处理说明进行操作。CMOS产品的输入引脚通常处于高阻抗状态，未使用引脚处于开路状态时，可能会在LSI附近感应额外的电磁噪声，导致内部产生直通电流，还可能因误识别引脚状态为输入信号而出现故障。

时钟信号

复位后，要等工作时钟信号稳定后再释放复位线。程序执行过程中切换时钟信号时，要等待目标时钟信号稳定。使用外部谐振器或外部振荡器生成时钟信号时，要确保时钟信号完全稳定后再释放复位线，程序执行过程中切换到外部谐振器或外部振荡器产生的时钟信号时，也要等待目标时钟信号稳定。

输入引脚电压波形

输入噪声或反射波导致的波形失真可能引起设备故障。例如，CMOS设备输入因噪声停留在VIL (Max.)和VIH (Min.)之间时，设备可能会出现故障。要注意防止输入电平固定时和输入电平经过VIL (Max.)和Vin (Min.)之间的过渡期间产生的抖动噪声进入设备。

禁止访问保留地址

保留地址是为未来功能扩展预留的，访问这些地址不能保证LSI的正确运行，因此禁止访问。

产品差异

更换产品（如更换不同型号的产品）前，要确认不会出现问题。同一组中不同型号的微处理单元或微控制器单元产品，其内部内存容量、布局模式等因素可能不同，会影响电气特性范围，如特征值、工作裕度、抗噪声能力和辐射噪声量等。更换不同型号产品时，要对给定产品进行系统评估测试。

综上所述，R - IN32M3模块是一款功能强大、特性丰富的工业以太网模块，在使用过程中，电子工程师们需要充分了解其各项特性和注意事项，以确保模块的稳定运行和系统的可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。