工業自動化鑄就嵌入式處理器新戰場

工業自動化（Industrial Automation）發展迅速增溫，已成為嵌入式處理器業者的新戰場。由于工業自動化牽涉大規模的控制器換新需求，加上須導入高可靠度、高安全性工業乙太網路（Ethernet），以及多軸、高精準度馬達控制方案，才能實現機械自動化作業情境;因此，系統開發商對處理器功能整合度、尺寸和通訊協定支援能力的要求已提高好幾個檔次，吸引現場可編程閘陣列（FPGA）、處理器和微控制器（MCU）業者競相開發新一代工控系統單晶片（SoC），卡位新商機。

Maxim Integrated工業應用市場專家Suhel Dhanani認為，對工業自動化系統來說，效能、尺寸和安全性的考量缺一不可。

Maxim Integrated工業應用市場專家Suhel Dhanani表示，第四次工業革命，或稱工業4.0（Industrial 4.0），目的系透過分散式區域控制、環境感測與網路連接功能，建造一個完全自動化且靈活的生產線，讓以人工為主的傳統工廠變身為高效率管理和機械作業的智慧工廠。此一趨勢將驅動不同類型的工控系統研發需求，包括微型可編程邏輯控制器（PLC）、馬達控制，以及支援各種先進感測介面、工業乙太網路通訊協定的輸入/輸出（I/O）設備。

此外，基于工廠環境與商業考量，工業4.0的發展亦須奠基于嵌入式硬體安全（Embedded Hardware-based Security）方案，以確保PLC、I/O模組或現場感測器等終端裝置從任何地方登入網路時，具備完善的資料保護機制，避免駭客惡意攻擊而造成工廠重大營運損失。

Dhanani強調，由于工業自動化設備須滿足上述設計要求，因此內建處理器須改搭功能整合度更高的SoC，從而增強即時控制、聯網、感測、資料頻寬和安全防護能力，同時降低運行功耗與晶片占位空間;也因此，近期嵌入式處理器供應商皆積極擴展工業級SoC產品陣容，以拉攏系統業者。

以Maxim為例，其透過整合類比混合訊號前端（Analog Mixed-signal Front-end），以及內建安全標準的數位處理器，打造工控設備SoC，不僅能增進數位I/O通道支援能力，亦能提高周邊零組件整合度，進而縮減系統體積、功耗和物料清單（BOM）成本，將有助工廠擴大部署分散式微型PLC，加速實現工業自動化愿景。

與此同時，FPGA、處理器和MCU業者亦瞄準機器視覺（Machine Vision）、馬達控制和工業乙太網路三大應用，加緊布局工業自動化市場，使工業嵌入式處理器技術戰火快速蔓延。

為滿足工廠自動化設備對即時且高精準度控制、多元通訊協定支援和大量資料同步的開發需求，Altera和賽靈思（Xilinx）兩家FPGA商，已陸續祭出整合多核心中央處理器（CPU）、數位訊號處理器（DSP）和微控制器等運算核心的SoC FPGA。至于MCU廠商則利用安謀國際（ARM）Cortex-M3/M4系列核心，擴展支援浮點運算（Floating-point）、多元傳輸介面及感測器連接功能的32位元MCU陣容，足見高整合設計已成為晶片商進軍工業自動化市場的重要途徑。